KR20170014848A - 밴드에 무선 충전용 연성 배터리가 탑재되는 웨어러블 스마트 워치 - Google Patents

밴드에 무선 충전용 연성 배터리가 탑재되는 웨어러블 스마트 워치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 웨어러블 스마트 워치는 스마트 워치 기능의 기본 모듈이 탑재되는 본체, 및 WPC 무선 전력 전송을 통한 무선 충전이 가능하도록 하나 이상의 배터리가 탑재되고 휘거나 굽어지는 밴드를 포함하고, 상기 배터리는 무선 충전 송신 모듈로부터 전자기파를 수신하는 연성 무선 충전 수신 모듈, 및 상기 무선 충전 수신 모듈에서 생성되는 전기 에너지를 저장하는 연성 커패시터 모듈을 포함한다. 이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 배터리 용량이 증가하여 매일 충전해야 하는 불편함이 없다.

Description

밴드에 무선 충전용 연성 배터리가 탑재되는 웨어러블 스마트 워치 {Wearable smart watch having flexible WPC battery on a band}
본 발명은, 고용량 고사양 플렉시블 웨어러블 스마트 워치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 이동성을 보장하기 위하여 손목에 착용하는 스마트 워치 혹은 스마트 컴퓨터 시스템에 있어서 기존에는 본체에 탑재되던 배터리를 밴드에 장착하되 배터리는 무선 전력 전송이 가능한 무선 충전 수신 모듈과 커패시터 모듈로 구성하고, 무선 충전 수신 모듈과 커패시터 모듈은 표면적이 넓고 두께는 얇은 연성 밴드에 가장 유리한 COB 패키지와 전기이중층 커패시터로 각각 구성하는 스마트 워치에 관한 것이다.
최근 전자 제품이 소형화되어 손목과 같이 접근성이 좋은 곳에 착용할 수 있는 시계 형태의 스마트 워치가 출시되고 있다.
이와 같은 스마트 워치는 이동성과 편의성을 제공하는 장점이 있다. 하지만, 본체의 디스플레이 면적이 작고 본체 부피가 워낙 작아 단순히 시간 확인이나 간단한 전화나 데이터 통신이 가능할 뿐, 기능 및 용량에 상당한 제약이 따르는 문제점이 있다.
특히 본체에 배터리가 자치하는 비중이 커서, 실제 동작에 필요한 기능 구현에 결정적이 제약이 따른다.
KR 공개 특허 10-2015-0025507
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 본체에 탑재되는 배터리를 밴드에 설치함으로써, 배터리가 차지하는 공간을 활용하여 본체 기능을 확장할 수 있는 웨어러블 스마트 워치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 배터리를 밴드에 설치함으로써, 유선 충전이 곤란한 점을 해결하기 위하여 무선 충전 시스템을 갖춘 웨어러블 스마트 워치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 밴드 공간이 부족한 경우에 이를 보완할 수 있는 독립 밴드를 이와 결합하여 충전 용량을 확대하는 웨어러블 스마트 워치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 배터리를 밴드에 설치함으로써 이동성 요구에 따라 휘거나 구부릴 수 있는 웨어러블 스마트 워치를 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 웨어러블 스마트 워치는 스마트 워치 기능의 기본 모듈이 탑재되는 본체, 및 WPC 무선 전력 전송을 통한 무선 충전이 가능하도록 하나 이상의 배터리가 탑재되고 휘거나 굽어지는 밴드를 포함하고, 상기 배터리는 무선 충전 송신 모듈로부터 전자기파를 수신하는 연성 무선 충전 수신 모듈, 및 상기 무선 충전 수신 모듈에서 생성되는 전기 에너지를 저장하는 연성 커패시터 모듈을 포함한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
종래의 웨어러블 스마트 워치의 경우 본체 내에 각종 모듈과 함께 배터리를 탑재하기 때문에, 본체의 공간적 제약이 있어 모듈의 고사양 고용량 구현에 뚜렷한 한계가 있었지만, 본 발명의 경우 본체에 탑재되는 배터리를 밴드에 옮겨 설치함으로써 본체의 모듈 탑재 공간이 확장되고, 본체보다 상대적으로 사이즈가 큰 밴드에 배터리를 탑재하다 보니 배터리 탑재 공간이 확대되어 충전 용량이 확장되는 효과가 기대된다.
특히, 밴드에 다수의 배터리가 장착되고, 심지어 독립 밴드를 통하여 배터리 용량이 증대되기 때문에 사용자는 배터리 용량의 한계를 가지지 않으며, 매일 충전해야 하는 번거로움이 사라져 소비자의 편의성이 증대된다.
또한 스마트 워치의 밴드를 교체형으로 설계하는 경우에는 본체에 좌우 한 쌍의 밴드가 설치되기 때문에, 좌측 밴드의 배터리가 방전되어 이를 교체하기 위하여 분리하는 경우 우측 밴드가 본체와 전기적으로 연결되기 때문에, 배터리 교체 시 본체 전원을 재부팅하지 않고 계속해서 서비스를 제공받을 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 밴드 고정형 웨어러블 스마트 워치의 구성을 나타내는 사시도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 무선 충전 가능한 배터리에서 COB 패키지와 전기이중층 커패시터가 수직 배열되는 실시예의 사시도 및 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 무선 충전 가능한 배터리에서 COB 패키지와 전기이중층 커패시터가 수평 배열되는 실시예의 사시도 및 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 다수 블록으로 분할되는 밴드의 구성을 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 교체형 밴드를 포함하는 스마트 워치의 구성을 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명에 의한 독립 밴드의 구성을 나타내는 사시도.
도 7은 본 발명에 의한 무선 충전의 사용 상태도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 밴드에 무전 충전 모듈이 탑재되는 웨어러블 스마트 워치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 웨어러블 스마트 워치(100)는, 기본 모듈(102)이 탑재되는 본체(110), 그리고 휘어지거나 신축성 있는 밴드(120)를 포함한다. 밴드(120)에는 기본 모듈(110)에 전원을 공급하는 배터리(112)가 탑재된다. 이에 배터리(112)도 밴드(120)와 함께 유연한 것을 특징으로 한다.
기본 모듈(102)은 디스플레이(Display)나 통신 기타 스마트 워치를 동작하는 통상의 반도체 패키지를 포함한다. 따라서 본체(110)의 기본 모듈(102)은 스마트폰(smart phone), PDA(personal digital assistant), 핸드헬드(handheld) PC, 핸드폰 기타 이와 유사한 기능의 스마트 기기를 동작 가능하게 하는 모든 모듈을 포함할 수 있다.
배터리(112)는, 무선 전력 전송을 위하여 WPC 기술이 적용될 수 있다. 스마트 워치(100)는 손목에 착용한 상태로 사용되기 때문에, 실질적으로 수밀성이 보장되어야 한다. 유선 케이블 충전하려면 충전 잭이 들어가는 포트가 개방되어 있어야 하는데 포트는 방수에 걸림돌이다. 따라서 웨어러블 스마트 워치(100)에는 수밀성을 위하여 포트가 생략되고 무선 충전이 구현되는 것이 바람직하다.
이에 본 발명의 배터리(112)는, 무선 충전 송신 모듈(도시되지 않음)로부터 전자기파를 수신하는 무선 충전 수신 모듈(114) 및 무선 충전 수신 모듈(114)에서 생성되는 전기 에너지를 저장하는 커패시터 모듈(116)을 포함한다.
본 발명에서 무선 충전 수신 모듈(114)은, COB 패키지 형태로 제공될 수 있다. 가령, 본 발명의 COB 패키지(10)는, IC 칩(12)과 안테나 태그(14)가 칩 온 보드(chip on board: COB) 형식으로 일체로 형성된다. COB 패키지(10)는, 동작 주파수를 높이기 위하여 적어도 2층 이상의 COB 시트가 적층하여 형성될 수 있다.
COB 패키지(10)는, 연성 기판(16), 연성 기판(16) 상부에 형성되는 안테나 태그(14), 및 안테나 태그(14)를 보호하기 위해 절연성과 점착성을 가지는 보호부재(18)를 포함한다. 안테나 태그(14)는 원이나 사각 형태의 환형 코일로서, 충전기(도 7 참조)의 무선 충전 송신 모듈(도시되지 않음)로부터 대략 150KHz의 주파수로 무선 출력되는 전자기파를 수신할 수 있다.
IC 칩(12)은 효과적인 무선 충전을 위하여 정류기, 레귤레이터, 변조기, 및 MCU 등이 포함될 수 있다. 안테나 태그(14)의 일측에는 커패시터 모듈(116)과 접합되는 본딩층이 형성될 수 있다.
연성 기판(16)은, 휘어지거나 접을 수 있도록 유연하게 설계될 수 있다. 이를 위하여 연성 기판(16)은 폴리머 재질로 형성될 수 있다. 가령, 폴리이미드(PI), 폴리에스터(polyester), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 테플론(Teflon), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 기타 중합체(polymeric)로 형성될 수 있다.
커패시터 모듈(116)은 반복적인 충 방전이 가능한 2차 전지이거나 카본소재의 전기이중층(Electric double-layer capacitor: EDLC) 커패시터를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명에 있어서 표면적이 넓고 두께가 얇은 밴드(120)에 커패시터를 적용하기 위하여, 활성탄 전극이 세퍼레이트를 사이에 두고 배치되는 전기이중층 커패시터(30)가 사용되는 것이 바람직하다. 더욱이 유연한 밴드(120)를 구현하기 위하여 전기이중층 커패시터(30)가 유리하다.
전기이중층 커패시터(30)는, 연성 기판(32) 상에 설치되고, 절연 세퍼레이터(34)를 사이에 두고 위아래로 배치되는 한 쌍의 전극(36), 전극(36)의 측면을 커버하여 커패시터를 단위로 구획하는 인슐레이터(38), 및 집전 기능을 수행하고 도전성 바인더에 의하여 전극(36)의 위아래를 커버하는 한 쌍의 전도성 금속 커버(42)를 포함한다.
전극(36)은 전해액이 침투된 활성탄 전극이 사용될 수 있다. 세퍼레이터(34)는 이온 투과가 가능한 폴리프로필렌 기타 다공성 재료가 사용될 수 있다. 인슐레이터(38)는 절연성이 우수한 글라스가 사용될 수 있다. 금속 커버(42)는 집전성이 우수하고 유연한 알루미늄 호일(Aluminium foil)이 사용될 수 있다.
연성 기판(32)은 휘어질 수 있도록 유연하게 설계될 수 있다. 고분자 필름이 사용될 수 있다. 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 혹은 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET)는 유연하여 연성 기판(32)에 적합하다.
COB 패키지(10)의 연성 기판(16)과 전기이중층 커패시터(30)의 연성 기판(32)은 실질적으로 동일하게 사용될 수 있다.
이를 위하여 도 2a 및 도 2b와 같이 COB 패키지(10)와 전기이중층 커패시터(30)가 상하로 적층되는 구조 보다는 도 3a 및 도 3b와 같이 좌우로 배열되는 구조가 유리하다. 즉, 경성(rigid) 영역과 연성(flexible) 영역이 반복되게 배열함으로써 연성 영역을 중심으로 밴드(120)가 자연스럽게 휘거나 구부러질 수 있다.
도 4를 참조하면, 밴드(120)는, 다수의 경성(rigid) 밴드가 힌지 핀이나 경첩 등을 통해 결합되어 휘어질 수 있다. 경성 밴드는 블록 타입(block-type)으로 연결되고, 각 블록 밴드가 일정 각도로 회동 가능하도록 설계하여 휘어지는 밴드를 실현할 수 있다. 이와 같이 다수의 마디를 형성하게 되면, 밴드(120)는 연성이 아니더라도 얼마든지 휘어지거나 구부려질 수 있다.
도 5를 참조하면, 전술한 밴드(120)는 교체 가능하다. 본체(110)로부터 밴드(120) 자체가 교환 가능하고, 밴드(120)에는 다수의 배터리(112)가 장착되고, 배터리(112)가 탑재되는 밴드(120)를 본체(110)와 탈부착 할 수 있다.
이를 위하여 본 발명의 스마트 워치(100)는, 본체(110) 및 밴드(120) 이외에 본체(110)와 밴드(120)를 전기적으로 연결하는 커넥터(130), 및 본체(110)와 밴드(120)를 물리적으로 연결하는 커플러(140)를 포함할 수 있다. 따라서 본체(110)와 밴드(120)를 연결하는 커플러(140)를 해체하고, 커넥터(130)를 분리하여 밴드(120)를 제거할 수 있다.
커넥터(130)는, 밴드(120)가 본체(110)와 전기적으로 연결되도록, 한 쌍의 돌출형 및 함몰형 커넥터로 구성될 수 있다. 커넥터(130)를 이용하여 밴드(120)의 배터리(112)는 본체(110)의 기본 모듈(102)에 전력을 제공할 수 있게 된다. 이때, 커넥터(130) 결합 부위에는 방수를 위하여 실리콘 혹은 고무 몰딩 처리될 수 있다.
커플러(140)는, 밴드(120)가 본체(110)로부터 임의로 분리되지 않도록 한 쌍의 후크로 구성될 수 있다.
한편, 밴드(120)가 버클을 이용하여 좌우 한 쌍이 체결되는 경우, 본체(110)로부터 양측에 밴드(120a, 120b)가 체결되기 때문에, 일측 밴드(120a)가 본체(110)와 커넥터(130)를 통해 전기적으로 연결되어 있으면, 타측 밴드(120b)를 본체(110)로부터 분리하더라도 전원은 계속 제공되기 때문에 배터리(112) 교환 시 일측 밴드(120a)를 통하여 전원은 그대로 유지될 수 있어 재부팅이 필요 없다.
다시 도 1을 참조하면, 밴드(120)는, 일체의 연성 밴드를 통해 신축성을 나타낼 수 있다. 휘어지거나 접어지는 밴드(120)는 유연한 폴리머 재질(polymer)이나 고무 재질(rubber)로 성형될 수 있다. 폴리머 중 폴리이미드(poly imide)로 형성될 수 있다. 이와 같은 재질로 연성 밴드를 성형하게 되면, 연성 밴드가 휘어지더라도, 반도체 패키지 혹은 반도체 다이에 인장 응력이나 압축 응력이 인가되어 손상되지 않게 된다.
한편, 여분의 배터리 밴드를 구비하고, 충전 후 사용 밴드와 교환 가능하도록 설계할 수 있다. 특히 스마트 워치(100)가 게임용도로 사용하는 경우 배터리(112)가 많이 소모되는 점이 있다. 이때는 별도의 독립 밴드(320)를 통하여 전원을 공급할 필요가 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 메인 스마트 워치(100)와 별도로 독립 밴드(320)를 구성하게 되고, 독립 밴드(320)는 메인 스마트 워치(100)의 본체(110) 혹은 밴드(120)와 체결되도록 설계할 수 있다.
도 6을 참조하면, 밴드 독립형 웨어러블 스마트 기기(300)는, 본체(110)와 밴드(120)로 구성되는 메인 스마트 워치(100), 및 스마트 워치(100)의 일측에 설치되고, 본체(110) 혹은 밴드(120)와 체결되는 독립 밴드(320)를 포함한다.
독립 밴드(320)는, 하나 이상의 배터리(112)를 포함한다. 독립 밴드(320)는 유연하고 수축 가능한 폐쇄 링(루프) 타입일 수 있다. 독립 밴드(320)는 전술한 바와 같이 폴리이미드 재질로 이루어질 수 있다.
도 7을 참조하면, 이와 같은 독립 밴드(320)는 충전기(P)를 이용하여 충전할 수 있다. 충전이 완료되면, 도 6과 같이 메인 스마트 워치(100)에 체결하여 전원을 인가할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 밴드에 배터리를 탑재하고 배터리가 탑재되던 본체에 통신 모듈이나 데이터 처리 모듈을 확장함으로써 고용량 고사양 웨어러블 스마트 기기를 구현하는 구성하는 것을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
100: 웨어러블 스마트 워치 102: 기본 모듈
110: 본체 112: 배터리
120: 밴드 130: 커넥터
140: 커플러 320: 독립 밴드

Claims (10)

  1. 스마트 컴퓨터 기능의 기본 모듈이 탑재되는 본체; 및
    WPC 무선 전력 전송을 통한 무선 충전이 가능하도록 하나 이상의 배터리가 탑재되고 휘거나 굽어지는 밴드를 포함하고,
    상기 배터리는,
    무선 충전 송신 모듈로부터 전자기파를 수신하는 무선 충전 수신 모듈; 및
    상기 무선 충전 수신 모듈에서 생성되는 전기 에너지를 저장하는 커패시터 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 스마트 워치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 충전 수신 모듈은 상기 커패시터 모듈과 동일한 기판 상에 설치됨으로써 동일한 레벨에서 교번하여 배열되고, 상기 무선 충전 수신 모듈과 비교하여 그 두께가 얇은 상기 커패시터 모듈에서 주로 상기 휘어짐이나 굽어짐이 발생하고, 상기 무선 충전 수신 모듈과 상기 커패시터 모듈 사이의 경계에서 주로 상기 휘어짐이나 굽어짐이 발생하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 스마트 워치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 충전 수신 모듈은, 안테나 태그가 기판 상에 칩 온 보드(COB) 형식으로 적층되고, 절연성 보호부재에 의하여 커버되는 COB 패키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 스마트 워치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 커패시터 모듈은, 반복적인 충방전이 가능한 전기이중층 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 스마트 워치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판은 폴리머 재질의 연성 기판을 포함하고,
    상기 안테나 태그는 포토리소그래피 공법이나 인쇄 공법에 의하여 연성 구리, 티타늄, 혹은 알루미늄을 이용하여 형성되는 도전막이며,
    상기 보호부재는, 실리콘 재질 혹은 폴리머 재질의 점착성 보호부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 스마트 워치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전기이중층 커패시터는,
    연성 기판;
    상기 연성 기판 상에 설치되고, 절연 세퍼레이터를 사이에 두고 위아래로 배치되는 한 쌍의 전극; 및
    집전 기능을 수행하고 도전성 바인더에 의하여 상기 전극의 위아래를 커버하는 한 쌍의 전도성 금속 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 스마트 워치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연성 기판은 연성 PET이고,
    상기 전극은 전해액이 침투된 활성탄 연성 전극이고,
    상기 세퍼레이터는 이온 투과가 가능한 연성 폴리프로필렌이며,
    상기 금속 커버는 연성 알루미늄 호일인 것을 특징으로 하는 웨어러블 스마트 워치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 밴드는 상기 본체로부터 교체 가능하고,
    상기 밴드는 상기 본체를 기준으로 좌우 한 쌍으로 구성되고, 상기 한 쌍의 밴드는 버클에 의하여 사용자의 손목에 선택적으로 착탈되며,
    일측 상기 밴드가 상기 본체와 연결되면, 타측 상기 밴드가 상기 본체와 분리되더라도 상기 본체의 전원을 그대로 유지되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 스마트 워치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 본체와 상기 밴드를 전기적으로 연결하는 커넥터; 및
    상기 본체와 상기 밴드를 물리적으로 연결하는 커플러를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 웨어러블 스마트 워치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 밴드와 선택적으로 체결되는 독립 밴드를 더 포함하고,
    상기 독립 밴드는 다수의 배터리를 탑재하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 스마트 워치.
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