KR20170081698A - 체온 로깅 패치 - Google Patents

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KR20170081698A
KR20170081698A KR1020177016052A KR20177016052A KR20170081698A KR 20170081698 A KR20170081698 A KR 20170081698A KR 1020177016052 A KR1020177016052 A KR 1020177016052A KR 20177016052 A KR20177016052 A KR 20177016052A KR 20170081698 A KR20170081698 A KR 20170081698A
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매트 림
게리 알. 투콜스키
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블루 스파크 테크놀러지스, 인크.
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Abstract

무선 데이터 통신 기능이 있는, 능동적으로 전력을 공급받는 온도 데이터 로거 패치는, 애노드 및 캐소드를 갖는 인쇄된 전기화학 전지 및 마이크로프로세서, 목표 대상자의 온도를 감지하도록 구성되는 온도 센서, 무선 통신 송신기 및 안테나를 포함하는 가요성 회로를 포함한다. 하나의 예에서, 온도 센서는 패치의 제1 단부에 위치하고, 안테나는 패치의 대향하는 제2 단부에 위치한다. 패치는 목표 대상자의 곡면을 따르도록 구성되고 환자의 피부에 제거 가능하게 도포되도록 구성되는 접착제를 포함한다. 외부 컴퓨팅 디바이스는 전자기장을 통해 패치의 무선 통신 송신기로부터 통신을 수신할 수 있다.

Description

체온 로깅 패치{BODY TEMPERATURE LOGGING PATCH}
지난 100여년 동안, 전기 또는 전자 회로는 그것의 설계 및 조립 프로세스에서 극적인 변화를 보여 왔다. 약 100년 전에는, DC 전력을 공급받는 회로가 하드웨어에 내장되었고(hard wired) 박스 포맷으로 손으로 납땜되었다. 고전류 전자 또는 전기 컴포넌트는 박스에 고정된 다음 충분한 직경의 와이어를 손으로 납땜하는 것에 의해 전기적으로 연결되어 필요한 전류 및 전압을 전달하였다. 이들 회로 중 다수에 있어서, 대형 사이즈의 다중 전압 배터리가 배터리 구획(battery compartment)에 배치된 다음 회로에 손으로 납땜되었다. 통상적인 배터리 사이즈는 6볼트 랜턴 배터리이거나 또는 다수의 6" 사이즈의 단위 전지 또는 심지어 어쩌면 약간 더 작은 사이즈로 이루어지는 배터리 팩일 수 있다. 배터리가 고갈되면, 회로들은 땜납이 제거되고 회로가 만들어질 때와 동일한 방식으로 교체된다.
약 60년 전에 트랜지스터 및 다른 전자 부품의 발명과 함께, 회로의 설계 및 제조는 극적으로 변하였다. 훨씬 더 낮은 전류 및 몇 배 더 낮은 전류를 필요로 했던 전자적 변화로 인해, 회로는 더 효율적으로 그리고 콤팩트한 방식으로 만들어질 수 있었다. 이에 회로가 웨이브 납땜 방법으로 회로 기판 상에 만들어질 수 있었다. 이 웨이브 납땜 조립 방법의 일부로서, 배터리 홀더도 또한 회로에 포함되었다. 필요 전압 및 전류의 큰 감소로 인해, 전원 사이즈도 또한 사이즈 면에서 감소될 수 있었다. 통상적인 전원 사이즈는 이제 D, C, AA, AAA, 트랜지스터 9 볼트 배터리 또는 심지어 코인 또는 버튼 전지일 수 있다. 배터리 홀더를 갖는 이들 신규의 회로에서, 소비자는 디바이스를 사용하기 시작할 때에도 배터리를 설치할 수 있었고 고갈된 배터리를 교체하는 것이 아주 수월해졌다.
최근, 몇몇 Blue Spark 특허 출원에서 설명되는 바와 같이, 가요성(flexible) 기재(substrate) 상의 인쇄된 전자장치는 신규의 프로세스가 되었고 인기가 증가하고 있다. 이 프로세스에서는, 회로 중 일부 또는 전체뿐만 아니라 전자 컴포넌트의 일부가 인쇄된다. 통상적으로는, 이 타입의 회로는 디스플레이, IC 칩, 센서, 안테나, 조명 및 상대적으로 낮은 용량의 전원, 예컨대 플랫 인쇄 배터리(flat printed battery)를 포함할 수 있다. 몇몇 애플리케이션에서는, 전원도 완전히 통합된 방식으로 인쇄될 수 있다.
대안적으로, 전원은 상이한 방식으로 통합될 수 있다. 비용을 줄이기 위해, 전원은 인쇄될 수 있거나 또는 다르게는 소망하는 회로 안으로의 추후 통합을 위해 완전한 전지로서 제공되는 플랫 배터리로서 구성될 수 있다. 통상적인 전지는, 예를 들면, 약 1.5 볼트 DC를 제공할 수 있다. 더 큰 전압이 필요로 되는 경우, 두 개 이상의 전지를 직렬로 연결하여 전압을 상승시키는 것이 종래에 알려져 있다. 마찬가지로, 다수의 전지(cell)가 병렬로 연결되어 유효 용량을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 배터리는 3 볼트 DC를 제공하기 위해 전기적으로 직렬로 연결되는 두 개의 전지를 포함할 수 있다. 그럼에도, 소형 회로에서의 사용을 위해, 배터리, 심지어 다수의 전지를 갖는 배터리의 전체적인 사이즈를 감소시키는 것이 바람직하다. 플랫 전지 및 배터리의 제조의 다양한 설계 및 방법은, 함께 계류 중인 2005년 4월 20일자로 출원되고 현재 특허 번호 제8,722,235호로 발행되어 있는 미국 특허 출원 제11/110,202호, 2006년 4월 24일자로 출원되고 현재 특허 번호 제8,722,233호로 발행되어 있는 미국 특허 출원 제11/379,816호, 2010년 6월 21일자로 출원되고 현재 특허 번호 제8,574,754호로 발행되어 있는 미국 특허 출원 제12/809,844호, 2011년 3월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/075,620호(포기), 2012년 9월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/625,366호, 및 2013년 5월 21일자로 출원되고 현재 특허 번호 제8,765,284호로 발행되어 있는 미국 특허 출원 제13/899,291호뿐만 아니라, 발행된 미국 특허 제8,029,927호, 제8,268,475호, 제8,441,411호에서 설명되는데, 이들 모두는 참조에 의해 본원에 통합된다.
근년에, 휴대형 컴퓨터, 스마트폰, 및 태블릿의 증가하는 파워를 활용할 수 있는 능동적 의료 기술(active medical technology)에 대한 관심이 증가하고 있다. 하나의 이러한 예는, 신체에 착용될 것이고 시간에 걸쳐 환자의 신체의 온도를 추적하여 메모리에 수집할 체온 로깅 패치("패치")를 포함한다. 종래의 체온 디바이스는 오늘날 단일의 시간 지점에서만 체온을 측정한다. 대조적으로, 본원에서 설명되는 패치 디바이스는 패치로서 도포될 수 있고 (더 긴 또는 더 짧은 시간 기간이 고려되지만) 24시간의 기간과 같은 장기간에 걸쳐 착용될 수 있다. 패치는, 다양한 일반적으로 가요성이고 압축성 재료가 활용될 수 있지만, 바람직하게는, 유저의 피부에 대한 부착에 적합한 의료적으로 피부 접촉이 승인된 접착제(adhesive)를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 패치는, 예컨대 다수의 센서를 통해 다양한 다른 현상을 감지할 수 있는 능력을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 패치는 다음 중 임의의 것 또는 전체를 감지할 수 있다: 동일한 또는 상이한 부위에서의 환자의 다수의 체온, 환자의 맥박, 혈중 산소 레벨, EKG, 주변 기온, 주변 습도, 주변 압력, 주변 광, 사운드, 및/또는 방사선 레벨, 환자의 신체 기능, 시간, (예를 들면, 가속도계를 통한) 환자 움직임, 등등.
하기에서는, 본 발명의 몇몇 양태의 기본적인 이해를 제공하기 위해, 본 발명의 간략화된 개요를 제시한다. 본 개요는 본 발명의 광범위한 개관이 아니다. 본 발명의 주요한 또는 임계적 엘리먼트를 식별하는 것도 또는 본 발명의 범위를 묘사하는 것도 의도되지 않는다. 본 개요의 유일한 목적은 하기에 제시되는 상세한 설명에 대한 서론(prelude)으로서 본 발명의 몇몇 개념을 단순화된 형태로 제시하는 것이다.
본 출원의 하나의 양태에 따르면, 무선 데이터 통신 기능이 있는, 능동적으로 전력을 공급받는 온도 데이터 로거 패치(actively-powered temperature data logger patch)가 제공된다. 제1 기재 레이어는 제1 단부 및 제2 단부를 포함한다. 밀봉된 가요성 배터리는, 애노드 및 캐소드 - 상기 애노드 및 캐소드 중 적어도 하나는 경화 또는 건조된 잉크로 형성됨 - 를 갖는 인쇄된 전기화학 전지(cell), 및 애노드 및 캐소드 중 하나에 전기적으로 각각 커플링되는 제1 및 제2 배터리 전극 콘택을 포함한다. 가요성 회로는, 마이크로프로세서, 목표 대상자(target subject)의 온도를 감지하도록 구성되는 온도 센서, 무선 통신 송신기 및 안테나를 포함한다. 가요성 회로는, 제1 및 제2 배터리 전극 콘택 중 하나에 전기적으로 각각 커플링되고 그에 의해 마이크로프로세서, 무선 통신 송신기, 및 온도 센서에 전기적으로 전력을 공급하는 제1 및 제2 배터리 콘택 패드를 더 포함한다. 온도 센서는 제1 기재 레이어의 제1 단부에 위치하고, 안테나는 제1 기재 레이어의 제2 단부에 위치한다. 제2 기재 레이어는, 목표 대상자의 표면에 제거 가능하게 도포되도록 구성되는 접착제를 포함한다. 가요성 배터리 및 가요성 회로는 함께, 제1 기재 레이어와 제2 기재 레이어 사이에서 피복식 적층 구성(covering stacked arrangement)으로 배치되는 전자장치 인레이를 포함한다. 제1 기재 레이어, 전자장치 인레이, 및 제2 기재 레이어의 모두는 가요성이며 목표 대상자의 곡면을 따르도록 구성된다.
본 출원의 다른 양태에 따르면, 무선 데이터 통신 기능이 있는, 능동적으로 전력을 공급받는 온도 데이터 로거 패치가 제공된다. 제1 기재 레이어는 제1 단부 및 제2 단부를 포함한다. 병렬 배치의 복수의 밀봉된 가요성 배터리, 각각의 배터리는, 동일 평면 배치(co-planar arrangement)로 제공되는 애노드 및 캐소드를 갖는 인쇄된 전기화학 전지 및 상기 애노드 및 캐소드를 실질적으로 피복하고 상기 애노드 및 캐소드와 전기적으로 접촉하는 수용성 전해질 레이어를 포함한다. 가요성 회로는, 마이크로프로세서, 목표 대상자의 온도를 감지하도록 구성되는 온도 센서, 무선 통신 송신기 및 안테나를 포함한다. 가요성 회로는, 복수의 가요성 배터리의 하나의 대응하는 콘택에 각각 전기적으로 커플링되고 그에 의해 마이크로프로세서, 무선 통신 송신기, 및 온도 센서에 전기적으로 전력을 공급하는 콘택 패드의 쌍을 더 포함한다. 마이크로프로세서, 온도 센서, 및 무선 통신 송신기 전체는 가요성 배터리로부터 능동적으로 전력을 공급받는다. 제2 기재 레이어는, 목표 대상자의 표면에 제거 가능하게 도포되도록 구성되는 접착제를 포함한다. 가요성 배터리 및 가요성 회로는 제1 기재 레이어와 제2 기재 레이어 사이에 배치되고, 제1 기재 레이어, 전자장치 인레이, 및 제2 기재 레이어 모두는 가요성이다. 유저가 패치의 사용을 시작하려고 의도하는 경우에만, 마이크로프로세서를 동작 전력 상태(operational power state)로 활성화하고, 그에 의해, 마이크로프로세서, 온도 센서, 및 무선 통신 송신기로의 능동적 전력 공급을 가능하게 하는데, 스위치가 사용된다.
본 발명의 상기한 내용, 그리고 다른 특징 및 이점은, 첨부의 도면을 참조로 한 하기의 설명의 판독시, 본 발명이 관련되는 기술 분야의 숙련된 자에게 명확하게 될 것이다.
도 1은 예시적인 스마트폰을 사용하여 체온을 측정하기 위한, 사람에게 부착되는 예시적인 패치의 사시도를 예시한다.
도 2는 상부(top) 레이어가 제거된 예시적인 패치의 상부 개략도를 예시한다.
도 3은 예시적인 패치의 하나의 실시형태의 분해도를 예시한다.
도 4는 예시적인 패치의 예시적인 전자 회로의 상부 개략도를 예시한다.
도 5는 예시적인 전기화학 전지의 평면도를 예시한다.
도 6은 도 5의 라인 6-6을 따른 전극 영역을 통해 취해진 전기화학 전지의 단면도를 예시한다.
도 7은 도 5의 라인 7-7을 따른 제1 전극의 전체 길이를 통해 취해진 전기화학 전지의 단면도를 예시한다.
도 8은 도 5의 라인 8-8을 따른 제2 전극의 전체 길이를 통해 취해진 전기화학 전지의 단면도를 예시한다.
도 9는 스마트폰 또는 다른 컴퓨팅 디바이스에 대한 유저 애플리케이션의 예시적인 스크린샷을 예시한다.
본 출원에서는, 신체에 착용될 것이고 시간에 걸쳐 환자의 체온을 추적하여 메모리에 수집할 체온 로깅 패치("패치")가 설명된다. 패치는 일회용의 폐기 가능한 패치인 것으로 의도된다. 예를 들면, 도 1에서 도시되는 바와 같이, 패치(10)는 환자(12)의 신체 상에, 예컨대 몸통(torso) 상에 그리고 겨드랑이 밑(underarm) 부위(13)(즉, 겨드랑이(armpit) 또는 겨드랑이 영역(axillary region))에 인접하게 착용될 수 있다. 그것은 또한 다른 부위에, 예컨대 이마, 다른 몸통 위치, 팔, 다리, 또는 신체 상의 다른 부위에 착용될 수 있다. 종래의 체온 디바이스는 오늘날 단일의 시간 지점에서만 체온을 측정한다. 대조적으로, 본원에서 설명되는 패치(10) 디바이스는 패치로서 도포될 수 있고 (더 긴 또는 더 짧은 시간 기간이 고려되지만) 12, 16, 또는 24시간의 기간과 같은 장기간에 걸쳐 착용되어 다수의 측정치를 제공할 수 있다. 패치(10)는, 다양한 일반적으로 가요성이고 압축성 재료가 활용될 수 있지만, 바람직하게는, 유저의 피부에 대한 부착에 적합한 의료적으로 피부 접촉이 승인된 접착제를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 패치(10)는, 예컨대 다수의 센서를 통해 다양한 다른 현상을 감지할 수 있는 능력을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 패치(10)는 다음 중 임의의 것 또는 전체를 감지할 수 있다: 동일한 또는 상이한 부위에서의 환자의 다수의 체온, 환자의 맥박, 혈중 산소 레벨, EKG, 주변 기온, 주변 습도, 주변 압력, 주변 광, 사운드, 및/또는 방사선 레벨, 환자의 신체 기능, 시간, (예를 들면, 가속도계를 통한) 환자 움직임, 등등.
패치(10)가 환자에 의해 착용되고 있는 임의의 시간에, 예컨대 설명된 24시간 기간 동안, 패치는 컴퓨팅 디바이스(14), 예컨대 휴대형 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿, 및/또는 패치(10)의 동일한 또는 호환 가능한 무선 통신 프로토콜(radio communication protocol)과 대응하는 다른 센서 디바이스에 의해 (신체에 상대적으로 밀접하기는 하지만) 원격에서 판독될 수 있다. 본원에서 도시되는 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스(14)는, 그것이 휴대형 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿, 및/또는 무선 통신(radio communication)을 통해 패치(10)와 통신하도록 구성되는 다른 센서 디바이스일 수 있다는 것이 이해되지만, 스마트폰으로서 도시된다. 컴퓨팅 디바이스(14)는, 애플리케이션을 실행할 수 있는 프로그래머블 마이크로프로세서, 전원(배터리 또는 AC 라인 전력), 디스플레이, 및 패치(10)와의 일방향 통신(즉, 수신 전용) 또는 양방향 통신(전송 및 수신) 중 어느 하나에 대응할 수 있는 트랜스시버를 포함한다. 추가적으로, 컴퓨팅 디바이스(14)는, 바람직하게는, 근거리 통신망(local network; LAN) 또는 인터넷 및 월드 와이드 웹을 비롯한 광역 통신망(wide-area network; WAN) 상에서 통신할 수 있다. 온도 측정치는 요구시 및/또는 미리 설정된 간격에서 취해질 수 있고, 패치(10)의 메모리에 및/또는 판독 디바이스(예를 들면, 스마트폰, 태블릿, 휴대형 컴퓨터, 센서, 등등)의 메모리에 로컬로 저장될 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 패치(10)는, 블루투스 무선 프로토콜(Bluetooth radio protocol), 및 바람직하게는, 아주 낮은 전력 애플리케이션을 목표로 하는 블루투스 저 에너지(Bluetooth Low Energy)(BTLE, 또는 때로는 블루투스 스마트로 칭해짐) 무선 프로토콜을 활용할 수 있다. 따라서, 패치(10)는, 호환 가능한 블루투스 무선부(Bluetooth radio)와 대응하는 표준 스마트폰(또는 컴퓨터, 태블릿, 센서, 등등)과 통신할 수 있다. 블루투스는, 상대적으로 가까운 근접도로 서로 간의 무선 라디오 통신(wireless radio communication)을 확립하기 위한 스마트폰 및 유사한 디바이스에 대한 표준의 세트이다. 블루투스는 2.4 GHz의 단거리 주파수 대역에서, 특히 2400-2483.5 MHz의 범위에서 동작한다. 블루투스 무선부에 대한 통상적인 범위는 100 미터(클래스 1)까지이고 30 미터(클래스 2)까지이다. 비록 오버 디 에어 데이터 레이트(over the air data rate) 및 애플리케이션 스루풋 레이트가 더 적지만, BTLE 무선부(BTLE radio)에 대한 통상적인 범위는 유사할 수 있다. 본 출원에서, BTLE 무선부에 대한 범위는 10-30 미터의 범위에 있을 것으로 예상되지만, 이것은 증가될 수 있거나 또는 감소될 수 있다. 그것이 무선 기반의 시스템이기 때문에, 송신기 및 수신기는 시각적인 시선 안에 있을 필요는 없지만, 무선 경로는 실행 가능해야 한다. 추가적으로, 블루투스 프로토콜의 다양한 구현예는, 송신 전용, 수신 전용, 또는 송수신을 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 출원의 하나의 실시형태는 송신 전용 온도 로깅 패치를 포함하지만, 다른 실시형태는 수신도 가능할 수 있다. 최종적으로, 블루투스/BTLE는 능동 무선 시스템(active radio system)인데, 데이터를 송신 및/또는 수신하는데 로컬의 능동 전원을 필요로 한다는 것을 의미한다. 본원에서 설명되는 것과 같은 배터리가 일반적인 예이다.
다른 예시적인 실시형태에서, 패치(10)는 고주파수/근접장 통신(Near Field Communication; NFC) 무선 프로토콜을 포함할 수 있다. 패치(10)는 블루투스 무선부, 또는 심지어 독립형 무선 시스템과 조합한 NFC 무선부를 포함할 수 있다는 것이 고려된다. 따라서, 이 패치(10)는, 호환 가능한 고주파수/근접장 통신 NFC 및 ISO-15693 RFID 무선 프로토콜과 대응하는 표준 스마트폰(또는 컴퓨터, 태블릿, 센서, 등등)에 의해 판독될 수 있다. 예를 들면, 패치(10)를 착용하고 있는 사람이 잠자고 있다면, 스마트폰을 가진 다른 사람이 고주파수/근접장 통신 NFC 및 ISO-15693 RFID 대응의 스마트폰을 사용하여 패치(10)의 출력을 판독할 수 있을 것이다. 근접장 통신(NFC)은, 서로를 함께 터치하거나 또는 (비록 범위는 증가될 수 있다는 것이 고려되지만) 통상적으로는 수 센티미터 이하로 서로를 가까이 가져가는 것에 의해 서로 간의 무선 통신을 확립하기 위한 스마트폰 및 유사한 디바이스에 대한 표준의 세트이다. NFC 표준은 통신 프로토콜 및 데이터 교환 포맷을 포괄하며, ISO/IEC 14443, ISO/IEC 15693 및 펠리카(FeliCa)를 포함한 현존하는 무선 주파수 식별자(radio-frequency identification; RFID) 표준에 기초한다. 표준은 ISO/IEC 18092와 21481, 및 NFC 포럼에 의해 정의되는 것들을 포함한다. NFC는, 통상적으로는 4 cm 이하의 거리를 필요로 하는, 단거리 무선 기술의 세트이다. NFC는 ISO/IEC 18000-3 무선 인터페이스 상에서 13.56 MHz에서 그리고 106 kbit/s로부터 424 kbit/s까지의 범위에 이르는 레이트에서 동작한다. NFC는 개시자 및 타겟을 수반하는데, 여기서 개시자는 수동 타겟(passive target)에 전력을 인가할 수 있는 RF 필드를 능동적으로 생성한다.
사용되는 무선 통신 시스템에 무관하게, 온도 정보를 판독하는 사람(또는 자동화된 디바이스)은 패치(10)를 착용하고 있는 환자(12)를 깨울 필요가 없을 것이고, 예컨대 스마트폰 앱(애플리케이션) 또는 등등을 통해, 그래픽적인 것 및/또는 텍스트 기반의 포맷(예를 들면, 리스트, 테이블, 차트, 등등) 둘 다에서, 패치를 착용하고 있는 사람이 잠자고 있는 또는 다르게는 패치를 착용하고 있는 시간 중 일부 또는 전체 동안 그들의 순간적인 체온 및/또는 이력을 자발적으로 디스플레이할 수 있을 것이다. 정보의 이 디스플레이는 체온의 추세 이력(trend history)을 허용한다. 애플리케이션 기능성은, 다음의 특징 중 일부 또는 전체를 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다:
스마트폰이 패치에 대한 데이터 링크를 생성하는 것을 가능하게 함;
집적 회로에 프로그래밍되는 고유의 식별자 코드를 판독함;
데이터의 일부 또는 심지어 패치가 활성화된 이후의 데이터의 전체를 비롯한, 집적 회로의 메모리에 저장되어 있는 시간 태깅된 온도 데이터를 판독함;
배터리 전압 레벨을 판독하거나, 배터리 전압 레벨을 추정하거나, 또는 패치 동작을 위한 남아 있는 시간의 양을 추적함;
온도 데이터를 화씨에서 섭씨로 또는 섭씨에서 화씨로, 또는 다른 온도 단위로 변환함;
다수의 그래프 선택(예를 들면, 라인 그래프, 바 차트(Bar chart), 등등)을 통해 온도 데이터 대 시간을 그래픽적으로 디스플레이함;
온도 대 시간 데이터를 테이블 형태로 디스플레이함;
데이터 분석을 수행함;
미리 설정된 경계 조건 근처에 있는 또는 미리 설정된 경계 조건을 초과하는 온도에 대한 알람 레벨을 설정하고, 시각적 및/또는 청각적 방법을 통해 알람을 시그널링함;
특정한 온도 및/또는 시간 데이터포인트를, 추후의 참조를 위한 추가적인 정보와 링크하기 위해, 온도 데이터의 그래픽 차트에 자동 또는 수동으로 입력되는 정보, 또는 이들의 조합을 사용하여 주석을 담;
이력 데이터를 저장함;
다수의 유저 프로파일을 생성함;
유저 프로파일에 대해 집적 회로 고유의 식별자에 대한 링크를 허용함;
써드파티로의 데이터의 이메일 전송, 텍스트 전송, 또는 다른 송신;
온라인에서의 추가적인 패치의 재주문; 및
의학적 조언 또는 의료 연락처 정보에 대한 웹사이트로의 링크.
패치가 양방향 통신에 대응하면, 애플리케이션 기능성은 또한 다음의 특징을 포함할 수도 있다:
초기화(또는 재초기화) 커맨드를 패치로 전송하고, 전자장치가 성공적으로 초기화되었다는 플래그를 설정함; 및
데이터 로깅을 시작할 타임 스탬프의 초기화, 데이터 감지 시간 간격, 데이터 검색(retrieval) 시간 간격, 데이터 포맷, 상한 온도 경계 레벨, 하한 온도 경계 레벨, 등등을 비롯한, 데이터를 패치로 전송함.
무선 라디오 프로토콜은, 스마트폰(또는 컴퓨터, 태블릿, 센서, 등등)이 요구시 온도 데이터를 다운로드하는 것 및/또는 일부의 또는 모든 저장된 데이터를 패치로부터 다운로드하는 것을 가능하게 할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 컴퓨팅 디바이스(14)(예를 들면, 스마트폰, 컴퓨터, 태블릿, 다른 센서 디바이스, 등등)는 하나 이상의 패치 및/또는 다른 로컬 센서(들)로부터 데이터를 다운로드하여 활용하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 스마트폰 앱(애플리케이션) 또는 등등은, 데이터 추세, 관련성, 등등을 결정하기 위해, 수집되는 데이터의 일부 또는 전체를 활용하도록 그리고 수집되는 데이터의 일부 또는 전체에 분석을 적용하도록 구성될 수 있다.
본원에서 블루투스 무선 프로토콜이 주로 설명되었지만, 표준 기반의 프로토콜 및 심지어 독점적(proprietary) 프로토콜을 비롯한 다양한 다른 무선 프로토콜도 또한 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 예시적인 프로토콜은, 다음의 것(또는 심지어 제한 없이 다른 것) 중 임의의 것 또는 전체를 포함할 수 있다: NFC, RFID, 와이파이(Wifi), 셀룰러(모든 과거의 또는 현재의 것을 비롯한 아날로그 또는 디지털), 지그비(ZigBee), 루비(RuBee), 등등. 실제로는, 극도로 간단한 셋업을 갖는 블루투스/블루투스 LE 또는 NFC와 같은 소정의 무선 옵션이 사용되어, 상대적으로 느린 속도의 연결에도 불구하고, 더 유능한 무선 연결을 부트스트랩할(bootstrap) 수 있다.
이제, 도 2 및 도 3을 참조하면, 패치(10)의 하나의 예시적인 구성이 설명될 것이다. 패치(10)는 피복식 적층 구성으로 배치되는 다음의 레이어를 포함할 수 있다: (A) 가요성의 단일 면의 접착물(adhesive)(20) - 비접착 면(22)은, 바람직하게는, 인쇄 프로세스가 완수될 수 있는 재료이고 반대쪽의 접착 면(24)은 다음 번 레이어에 커플링됨 - ; (B) 다음의 컴포넌트를 다양한 순서로 포함할 수 있는 전자장치 인레이(30): (a.) 배터리 전극(33A, 33B)을 갖는 가요성의 인쇄된 배터리(32)(하나 이상의 배터리, 예에서는 두 개가 도시된다); (b.) 배터리 콘택 패드(35A, 35B)를 갖는 가요성 회로(34)(인쇄되거나 또는 에칭되거나 또는 라미네이팅됨); (c.) 안테나(36); (d.) 온보드의 또는 별개의 통신 칩을 사용하여 무선 통신 프로토콜(예를 들면, 블루투스, HF/NFC, RFID 또는 등등)과 인터페이싱하는 성능, 및 온도 판독치를 획득하기 위해 그리고 이들 판독치 및 판독치의 시간 관련 데이터를 온보드 메모리에 저장하기 위해 온보드의 또는 별개의 센서와 인터페이싱하는 성능을 갖는 집적 회로(38); 및 (e.) 집적 회로(38)와 통신하는 온도 센서(39); 및 (C) 이형 라이너(release liner)(42)를 갖는 양면 접착물(40) - 접착물(40)의 한 면(43)(예를 들면, 바깥쪽을 향하는 면)은, 바람직하게는, 피부 접촉이 승인된 접착물임 - . 예를 들면, 일단 완성되면, 패치(10)는 단일의 제거 가능한 레이어를 이형 라이너(42)로서 구비할 수 있는데, 이형 라이너(42)는 패치(10)를 피부 상에 부착하기 직전에 환자에 의해 제거된다.
가요성 회로(34)는 다양한 지오메트리를 구비할 수 있고, 상부에 상이한 엘리먼트가 다양하게 배치될 수 있다. 바람직하게는, 온도 센서(39)는 패치(10)의 제1 단부에 위치하고, 한편 안테나(36)는 패치(10)의 대향하는 제2 단부에 위치한다. 가요성 회로(34)가 패치(10)의 종축(longitudinal axis)을 따라 연장하는 일반적으로 "L"자 형상의 기하학적 구조(geometry)를 갖는 하나의 예가 도 2에서 도시된다. 온도 센서(39)는, 바람직하게는 패치(10)의 좌측 에지를 따라 좌측에 배치되고, 한편 안테나는, 바람직하게는 패치(10)의 우측 에지를 따라 대향하는 우측 에지에 배치된다. 온도 센서와 안테나의 분리는, 패치(10)가 환자의 신체에서 사용되고 있는 동안, 각각의 엘리먼트가 각자의 기능에 맞게 최적화된 위치에 배치되는 것을 가능하게 하는 이점을 제공한다. 예를 들면, 도 1에서 도시되는 바와 같이, 패치의 좌측 상에서의 온도 센서(39)의 배치는, 센서를, 위치적으로 바로 겨드랑이 밑 부위(즉, 겨드랑이 또는 겨드랑이 영역)에 있게 한다. 이것은 온도 센서(39)가 온도 데이터를 획득할 최상의 위치에 있는 것을 가능하게 한다. 추가적으로, 패치(10)의 위쪽 좌측 코너에서의 배치는 또한, 환자의 겨드랑이에 대해 온도 센서(39)가 어디에 있는지를 유저가 이해하는데 도움이 되는 이해하기 쉬운 위치를 제공한다. 동시에, 패치의 우측에서의 안테나(36)의 배치는, 무선 라디오 신호를 컴퓨팅 디바이스(14)로 송신하기 위해 방해가 없는 위치에 안테나를 배치한다. 따라서, 안테나(36)는 환자의 팔 또는 겨드랑이에 의해 방해를 받는 것이 아니라, 오히려, 상승한 무선 신호 강도를 제공하도록 바깥쪽으로 위치하는데, 이것은 무선 범위뿐만 아니라 데이터 스루풋을 증가시킬 수 있다. 패치(10)는, 소망하는 사용 사례 및 환자의 신체 상에서의 배치에 따라, 온도 센서 및 안테나의 다양한 다른 지오메트리 및 배치를 가질 수 있다는 것도 고려된다.
배터리(32) 및 집적 회로(38)는 사이에 위치한다. 안테나(36) 및 집적 회로(38)를 포함하는 가요성 회로(34)의 부분은, 비록 다양한 사이즈를 가질 수 있지만, 상대적으로 작은 사이즈, 예컨대 1 mm 미만의(예컨대 0.8 mm 이하의) 두께를 갖는 20 mm×20 mm 사이즈를 가질 수 있다. 여전히, 배터리 콘택 패드(35A, 35B) 및 온도 센서(39)를 포함하는 가요성 회로(34)의 나머지는 상대적으로 더 클 수 있다. 다양한 레이어는 사이에 접착제(adhesive), 예컨대 제조를 용이하게 하기 위해 이형 라이너를 구비할 수 있는 감압 접착제(pressure-sensitive adhesive)를 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들면, 다양한 레이어(20, 32, 34, 39, 40) 중 일부 또는 전체는 개별적으로 제조될 수 있고 그 다음 함께 조립될 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들면, 배터리(32) 및 가요성 인쇄 회로(34) 둘 다는 개별적으로 제조될 수 있고, 함께 조립되어 패치(10)를 제조할 수 있다. 감압 접착제는 다양한 레이어의 일부 또는 전체에 부착될 수 있다. 대안적으로, 다양한 레이어는, 예컨대 접착제(glue), 용접, 다른 접착제, 등등을 통해 다양한 다른 방식으로 함께 커플링될 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 패치(10)는, 환자의 피부에 대한 패치(10)의 부착을 용이하게 하는 것과 같은 추가적인 특징을 제공할 수 있는 추가적인 또는 대안적인 레이어를 포함할 수 있다. 예를 들면, 가요성의 단면 접착물(20)은, 직접적인 피부 접촉 부착을 위해 의도된 상대적으로 높은 성능의 의료 등급 접착 시스템을 비롯한, 코팅된 부직포(non-woven) PSA 테이프(44)를 포함할 수 있고, 다양한 기재에 대한 우수한 젖음성(wetout)을 나타내는 영구적 접착제로 구성되는 것이 바람직하다. 양면 접착물(40)에 더하여, 환자의 피부에 대한 패치(10)의 부착을 용이하게 하기 위해, 추가적인 양면 접착제 레이어(도시되지 않음)가 사용될 수 있다.
하나의 예에서, 양면 접착물(40)의 일부 또는 전체는 히드로겔(hydrogel)을 포함할 수 있는데, 히드로겔은, 친수성이며 천연 조직 또는 피부와 아주 유사한 정도의 유연성을 나타내는 중합체 쇄(polymer chain)를 포함하는 재료이다. 다양한 타입의 히드로겔이 사용될 수 있으며, 물, 글리세롤, 아크릴레이트/아크릴아미드 공중합체, 및/또는 다른 엘리먼트 중 일부 또는 전체를 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 히드로겔은 우수한 피부 접착 특성을 제공하고, 동시에 환자의 피부와 가요성 회로(34)의 온도 감지 능력 사이의 열 도관으로서 작용하는 소망하는 열 전도도 특성을 또한 제공한다. 추가적인 양면 접착제 레이어와 관련하여, 이러한 접착제는, 환자에 대한 패치(10)의 부착을 용이하게 하는데 그리고 미리 결정된 시간 기간, 예컨대 12, 16, 24, 또는 48 시간, 등등에 걸쳐 유지하는데 유용할 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들면, 히드로겔 접착력은 그것이 피부에 부착된 이후 그것이 체온까지 따뜻해지면서 크립 플로우(creep flow)를 시작하여 피부 표면과 밀접하게 밀착함에 따라 점차적으로 향상하기 때문에, 초기 히드로겔 접착제는 성능이 좋지 않을 수도(poor) 있다. 따라서, 추가적인 접착제 레이어는, 히드로겔이 피부에 적절한 결합을 위해 충분한 시간을 갖도록 즉각적인 초기 접착 결합을 제공할 수 있다.
비록 더 큰 또는 더 적은 접착량이 고려되지만, 적어도 약 인치당 50그램의 접착력을 제공하는 감압 접착제로 한 면 또는 양면이 코팅된 가교 클로즈 셀 폴리에틸렌 폼(cross-linked close-cell polyethylene foam)과 같은 다양한 재료가 양면 접착제 레이어에 대해 사용될 수 있다. 이러한 폼은 또한 온도 센서로부터 주변 환경으로의 단절(insulation)을 제공할 수도 있고 그에 의해 온도 정확성을 도울 수도 있다. 바람직하게는, 재료는, 물, 땀, 습도, 또는, 내성이 없으면, 미리 결정된 시간 기간의 길이에 걸쳐 환자의 피부와 패치(10) 사이의 결합력을 감소시키거나 또는 저하시킬 수도 있는 다른 인간의 또는 환경적 요인에 대한 내성을 제공할 수 있다.
추가적으로, 히드로겔은 양면 접착제 레이어의 하면(underside) 상에 코팅될 수 있거나, 또는 리세스에 또는 심지어 접착제 레이어의 관통 홀에 제공될 수 있다. 예를 들면, 양면 접착제 레이어(40)는 양면 접착제 레이어(40)를 통과하여 연장하는 홀을 포함할 수 있고, 히드로겔은, 히드로겔 및 접착제 레이어(40)가 실질적으로 동일 면에 있도록 홀 내에 부분적으로 또는 완전히 배치될 수 있다. 히드로겔은 접착제 레이어(40)에 직접적으로 제공될 수 있거나, 또는 (예컨대 온도 센서에 관한) 전자장치 인레이에 그리고 그에 의해 접착제 레이어에 간접적으로 제공될 수도 있다는 것도 고려된다. 히드로겔 레이어는 패치(10)의 상대적으로 큰 또는 작은 부분을 피복할 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들면, 히드로겔 레이어는 가요성 회로(34)의 온도 센서와 유저의 피부 사이의 열 전도도를 상승시키는데 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 따라서, 히드로겔 레이어는, 대략적으로 온도 센서의 사이즈로 감소될 수 있고, 온도 센서 바로 위에 위치할 수 있다. 이러한 구성은 온도 센서의 열 검출 능력에 더 밀접하게 집중할 수 있고, 하나 이상의 접착제 레이어의 증가된 접착 능력을 제공할 수 있고, 및/또는 가요성 회로(34) 및/또는 가요성 배터리(32)에 대해 더 큰 보호를 제공할 수 있다. 제거 가능한 이형 라이너(49)와 관련하여, 그것은 다양한 손쉽게 제거 가능한 라이너, 및 바람직하게는, 호환 가능하며 히드로겔 및 접착물(40)로부터 쉽게 제거될 수 있는 라이너, 예컨대 폴리올레핀 코팅된 또는 실리콘 코팅된 코팅 페이퍼 및 필름을 포함할 수도 있다.
본원에서 사용되는 레이어 전체는 가요성이고, 곡면의 및/또는 다양한 표면(예를 들면, 환자의 피부)에 장시간 부착될 수 있고, 환자의 움직임과 함께 구부러지고 움직일 수 있는, 그리고 착용하기에 편안한 것이 바람직하다. 가요성 배터리 및 가요성 회로를 비롯한, 가요성 패치는, 배터리 및 회로, 또는 그 능동적 동작의 저하(degradation) 없이, 신장될 수 있거나, 주름지게 될 수 있거나, 굴곡될 수 있거나, 또는 구부러질 수 있다는 것이 고려된다. 바람직하게는, 패치(10)는 상대적으로 유연한 곡률 반경, 예컨대 어느 한 축을 따라(즉, 종축 및/또는 횡축을 따라) 측정했을 때 적어도 35 mm의 곡률 반경을 획득할 수 있다. 이들 라인을 따라, 패치(10)는 신체의 소망하는 위치 상에서의 사용에 적합되는 사이즈(또는 다수의 사이즈)를 가질 것이다는 것이 고려된다. 하나의 예에서, 겨드랑이 밑 부위(즉, 겨드랑이 또는 겨드랑이 영역)에서의 사용을 위해, 패치(10)는, 다양한 사이즈가 고려되지만, 약 2인치 × 4인치(5 cm × 10 cm)의 전체적인 치수를 가질 수 있다. 마찬가지로, 패치(10)는, 2 mm 내지 4 mm 두께 정도의 상대적으로 얇은 프로파일을 갖는다. 가요성 회로, 가요성 배터리 및 완전히 조립된 패키지의 전체적인 가요성의 유익한 설계는, 깨어 있는 동안, 움직이고 있는 동안, 또는 잠자고 있는 동안 모든 연령(아기부터 어른까지)의 환자에 의해 쉽게 착용될 수 있는 편안한 패치를 제공한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 외부 레이어(20, 42) 중 어느 하나 또는 둘 다는, 표식(indicia), 지시 사항, 또는 심지어 안테나(36)에 대한 식별 위치를 제공할 인쇄 가능한 표면(예를 들면, 유저가 컴퓨팅 디바이스(14)와의 성공적인 통신을 획득하는 것을 도울 시각적 타겟) 및/또는 온도 센서(39)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 3에서 도시되는 바와 같이, 패치(10)의 어느 코너가 겨드랑이 밑 부위(즉, 겨드랑이 또는 겨드랑이 영역)에 배치되어야 하는지를 유저에게 알려주기 위해, 표식은 삼각형 모양, 화살표 및/또는 문구(wording)(예를 들면, "겨드랑이")를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 표식은 안테나(36) 근처에 배치되는 패치(10)의 다른 단부에서 제공될 수 있고, 그 결과 유저는 패치의 이 부분을 증가된 무선 신호 강도에 대해 노출되게 유지해야 한다는 것을 알게 된다. 패치(10)의 레이어 중 일부 또는 전체는 외부 환경에 노출될 수 있거나, 또는 대안적으로 레이어 중 일부는 외부 환경으로부터 차단될 수 있거나 또는 보호될 수 있다는 것이 고려된다. 하나의 예에서, 전자장치 인레이는 보호를 위해 외부 레이어(예를 들면, 레이어(20 및 40)) 사이에서 캡슐화될 수 있다. 마지막으로, 상기에서 논의되는 다양한 레이어 중 임의의 것 또는 전체 사이에 다양한 접착제 레이어, 등등이 제공될 수 있다.
전자장치 인레이(30)의 다양한 부품이 이제 더 상세히 논의될 것이다. 전자장치 인레이(30)는 패치(10)의 설명된 실시형태, 또는 심지어 그 다른 변형예와 함께 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 상기에서 설명되는 바와 같이, 전자장치 인레이(30)는 무선 통신(및/또는 NFC, RFID, 또는 유사한 것과 함께 사용되는 경우, 전력 전송)을 위한 안테나(36), 및 집적 회로(38)를 포함할 수 있는 가요성 인쇄 회로(34)를 포함한다. 가요성 인쇄 회로(34)는 또한, 인쇄된 배터리(32)의 대응하는 배터리 전극(33A, 33B)에 전기적으로 커플링되도록 구성되는 배터리 콘택 패드(35A, 35B)를 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 두 개의 배터리(32)는 상승된 전압을 제공하기 위해 직렬 구성으로 배치되고, 가요성 인쇄 회로(34)는 전력 전송을 위한 적절한 콘택 및 트레이스를 포함한다. 여전히, 하나의 배터리, 또는 두 개보다 더 많은 배터리가 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 하나의 예시적인 구성에서, 0.002" 두께의 폴리에스테르 또는 폴리이미드 기재와 같은 기재(37) 상에 에칭된 구리 회로가 제공될 수 있다. 기재(37)는, 비록 가요성인 것이 바람직하지만, 가요성일 수 있거나 또는 경성(rigid)일 수 있다는 것이 고려된다. 구리 회로는 전지/배터리 부착의 이 방법에 대한 예로서만 사용되고 있고 그것은 임의의 상업적 회로 재료 예컨대 에칭된 알루미늄 또는 인쇄된 탄소, 은, 또는 임의의 다른 금속 기재 등등과 함께 사용될 수 있다. 회로부는 기재(37) 상의 다양한 컴포넌트 사이의 전기적 통신을 제공할 수 있고, 또한 가요성 배터리(32)에 대한 연결을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 에칭된 구리 회로는 적어도 양면에 트레이스를 구비하는, 그리고 어쩌면 적층된 트레이스를 포함하는 다중 레이어 보드(multi-layer board)이다.
추가적으로, 회로 서브 어셈블리 콘택뿐만 아니라, 전기 컴포넌트(프로세서 및 안테나를 포함함) 및 기재 위에 도포될 수 있는 약 0.002" 두께의 비전도성의 감압 접착제(pressure sensitive adhesive; PSA)가 제공될 수 있다. PSA 레이어는 약 0.0005-0.005"의 범위의 예시적인 두께를 가질 수 있고, 사용되는 전원(예를 들면, 단일 전지 또는 다중 전지)의 사이즈와 유사한 사이즈를 가질 수 있다. 전원(예를 들면, 배터리(32))은 기재 상으로 인쇄될 수 있거나, 또는 완성된 단위 전지(들)로서 나중에 부착될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 도시된 예에서, 기재(37)는 패치(10)의 상부 및 우측을 가로질러 주로 연장하는 반면, 배터리(32)는 패치(10)의 중앙 및 좌측의 대부분을 차지한다. 이러한 구성은 상대적으로 큰 전기 용량을 갖는 상대적으로 큰 배터리를 사용할 수 있도록 증가된, 예컨대 극대화된 공간 가용성을 제공한다. 배터리(32)가 배터리 콘택 패드(35A, 35B)를 통해 기재(37)와 물리적으로 인터페이스하는 중첩부가 있을 수도 있지만, 조립된 상태에서 기재(37)의 대부분은 배터리(32)의 대부분과 동일 면에 있을 것이다는 것이 일반적으로 고려된다. 전도성 패드(45)는 배터리 콘택(33A, 33B)을 기재(37)의 배터리 콘택 패드(35A, 35B)에 연결시키는데 사용될 수 있다. 다른 예에서, 배터리(32)는 또한 전도성 접착제, 전도성 잉크에 의해 및/또는 배터리 전극(33A, 33B)을 배터리 콘택 패드(35A, 35B)에 초음파 용접하는 것에 의해 회로(34)에 기계적으로 그리고 전기적으로 커플링될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 감압 접착제 등은 배터리(32)와 기재(37) 사이에 추가적인 커플링을 제공할 수 있다. 다양한 구성이 고려되지만, 배터리 콘택 패드(35A, 35B)는 기재(37)의 하부 면(예를 들면, 가요성 인쇄 회로(34)의 바닥 면) 상에 위치할 수 있다. 실제로는, 하나의 구성에서, 배터리 콘택 패드(35A, 35B), 안테나(36), 집적 회로(38), 및 온도 센서(39) 전체는 기재(37)의 하부 면(예를 들면, 정상 동작 사용 상태에서 봤을 때, 가요성 인쇄 회로(34)의 바닥 면) 상에 배치될 수 있다. 그럼에도, 이들 컴포넌트 중 일부 또는 전체는 기재(37)의 상부 면 상에 있을 수 있다. 마지막으로, 배터리(32)는 심지어 가요성 인쇄 회로(34)와 동일한 기재(안테나(36) 및 집적 회로(38) 중 어느 하나 또는 둘 다를 포함함) 상에 인쇄될 수 있다는 것이 고려된다. 이러한 구성은 배터리(32)를 가요성 인쇄 회로(34)와 공통 기재의 동일 면 또는 대향 면에 둘 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 유저가 패치(10)를 사용하려고 의도한 경우에만 회로(38)를 활성화시키기 위해 스위치(46)가 사용될 수 있는데, 이렇게 하는 것은 장기 보관을 위해 배터리 전력을 보존할 수 있다. 순간 돔 스위치(momentary dome switch), 토글 스위치 또는 심지어 일회성 스위치와 같은 다양한 예시적인 스위치(46)가 집적 회로(38)의 활성화를 가능하게 하는데 사용될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 스위치(46)는 래칭 전력 회로(latching power circuit)를 활성화하기 위해 사용되는 순간 돔 스위치일 수 있는데, 래칭 전원 회로를 활성화하는 것은, 결국에는, 배터리와 집적 회로(38) 사이의 전기적 통신을 가능하게 할 것이고 그에 의해 집적 회로(38)를 감소된 전력 상태로부터 동작 전력 상태로 활성화시킬 것이다. 래칭 전력 회로는 배터리 사이에서 전기적 통신 상태에 있고 돔 스위치(46)의 작동만을 감지하는 초저전력 상태로 남아 있을 수 있다. 메인 집적 회로(38)는 바람직하게는 제로 전력 상태, 또는 어쩌면 감소된 전력 상태(즉, 아주 낮은 전력 상태)로 남아 있을 수 있다. 그에 의해, 래칭 전력 회로의 사용은 집적 회로(38), 통신 회로, 및 온도 센서에 의한 전력 누수를 방지할 수 있어서, 패치(10)가 2-3년 또는 심지어 그 이상, 수년의 유용한 보관 수명을 가질 수 있게 한다. 래칭 전력 회로는, 유저에 의한 스위치(46)의 순간 작동이 래칭 전력 회로에 의해 감지되도록, 돔 스위치(46)와 일렬로 전기 트레이스를 가질 수 있는데, 래칭 전력 회로는, 순간 작동이 감지되면, 배터리와의 전기 통신이 패치(10)를 활성화시키는 것을 가능하게 하여 집적 회로(38)를 감소된 전력 상태로부터 정상 동작 상태로 기상시킨다.
바람직하게는, 스위치(46)는 패치(10)의 유저에 의해 용이하게 조작될 수 있도록, 기재(37)의 상부 표면(예를 들면, 정상 동작 사용 상태에서 봤을 때, 가요성 인쇄 회로(34)의 상부 측) 상에 배치된다. 스위치(46)에 대한 대안으로서, 다른 활성화 스킴이 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들면, 일회용 풀 탭(one-time use pull tab)은, 일단 패치 활성화시 유저에 의해 제거되면, 회로에 대한 배터리의 전기적 전도성을 활성화하는데 사용될 수 있다. 마지막으로, 스위치(46)는 패치 활성화 이후에 추가적인 기능성을 제공할 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들면, 패치 활성화 이후에 스위치(46)를 두 번째로 누르거나, 또는 미리 선택된 패턴으로 스위치를 누르거나, 또는 미리 결정된 시간 동안 스위치를 누르는 것은, 집적 회로(38)가 특정한 동작을 취하게 할 수 있다. 이러한 추가 기능성은 집적 회로(38)를 재초기화하는 것, 통신 칩 또는 온도 센서를 재초기화하는 것, 집적 회로(38)를 슬립 모드로 되돌려 놓는 것, 배터리 수명 판독치를 얻는 것, 데이터 수집 속도를 (더 빠르거나 또는 더 느리게) 변경하는 것, 집적 회로(38)의 동작 모드(예를 들면, 테스트 모드, 진단 모드, 전송/수신 모드)를 변경하는 것, 등등 중 임의의 것 또는 전체를 포함할 수 있다.
이제 도 4를 참조하여, 하나의 예시적인 집적 회로(38)가 더 상세히 설명될 것이다. 비록 다중 칩 솔루션으로서 예시되지만, 단일 칩 솔루션과 같은, 더 많은 또는 더 적은 칩이 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 또한, 상이한 예시적인 마이크로칩이 본원에서 논의되지만, 감지, 프로세싱, 전력 공급, 통신, 등등을 할 수 있는 다양한 다른 마이크로칩이 또한 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 도 4에서 도시되는 바와 같이, 다중 칩 솔루션은 일반적으로 마이크로프로세서(50), 온도 센서(39) 칩, 및 통신 칩(54)을 포함할 수 있다. 이들 칩은 별개일 수 있거나, 또는 함께 결합될 수 있다(예를 들면, 마이크로프로세서(50)는 통신 칩(54) 및/또는 온도 센서(39)와 결합될 수 있다). 도시되는 예에서, 온도 센서(39)는 별개의 엘리먼트이고 패치(10)의 일 단부에 위치하며, 한편 마이크로프로세서(50)는 패치의 타 단부에 위치한다. 통신 칩(54)은 안테나(36)에 전기적으로 접속되고, 블루투스, 블루투스 저에너지, NFC, RFID, 와이파이, 셀룰러(과거의 또는 현재의 것 전부를 비롯한 아날로그 또는 디지털), 지그비, 루비, 등등을 비롯하여, 본원에서 설명되는 통신 프로토콜들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 통신 칩(54)은 안테나(36)의 임피던스를 무선 모듈의 임피던스에 상대적으로 가깝게 만들기 위해 안테나 매칭 네트워크 레이아웃(55)에서 사용될 수 있다는 것이 또한 고려된다.
하나의 예에서, 마이크로프로세서(50)는 다양한 피쳐 및 성능을 포함할 수 있는 프로그램 가능한 마이크로프로세서일 수 있다. 마이크로프로세서(50)는 커맨드를 프로세싱하는 것, 계산을 행하는 것, 데이터를 추적/판독하는 것, 데이터를 저장하는 것, 데이터를 분석하는 것, 데이터를 조정/조작하는 것, 신규의 커맨드 또는 명령어를 수신하는 것, 등등 중 임의의 것 또는 전체를 행할 수 있는 프로그램 가능한 컴퓨팅 코어를 포함한다. 마이크로프로세서(50)는 미리 결정된 또는 가변적인 온도 판독 간격에서 온도 센서(39) 칩(및 임의의 보조 온도 센서(53))을 동작시킬 수 있고, 타이머(60)를 동작시킬 수 있고, 그리고 온도 및 시간 기록된 데이터포인트를 온보드 메모리(62)에 및/또는 심지어 보조 메모리 스토리지 디바이스에 저장할 수 있고, 상이한 메모리 디바이스 사이에서 온도 및 시간 기록된 데이터포인트를 전송할 수 있고, 커맨드 및/또는 데이터를 컴퓨팅 디바이스(14)에 출력할 수 있고, 그리고 컴퓨팅 디바이스(14)에 대한 마지막 연결 시간 이후에 저장된 온도 데이터를 송신할 수 있다. 양방향 통신이 가능하게 되면, 마이크로프로세서(50)는 또한 컴퓨팅 디바이스(14)로부터 커맨드 및/또는 데이터를 수신할 수 있다. 추가적으로, 컴퓨팅 디바이스(14)가 (예를 들면, 활용되고 있는 통신 프로토콜의 통신 범위 내에서) 패치(10)에 근접할 때마다, 마이크로프로세서(50)는 업데이트된 데이터(및 또한 이력 데이터)를 컴퓨팅 디바이스(14)로 전송해야 한다.
이력적(historical) 온도 데이터뿐만 아니라 현재의 온도 데이터를 송신하기 위해 다양한 송신 방식이 사용될 수 있다. 블루투스, 특히 블루투스 저에너지의 사용으로, 전체 이력 데이터세트를 컴퓨팅 디바이스(14)에 단일 송신으로 전송하는 것은 불가능할 수도 있다. 따라서, 마이크로프로세서(50)는 시간 경과에 따라 컴퓨팅 디바이스(14)에 의해 조립되는 별개의 패키지에서 이력 데이터를 송신하도록 구성될 수도 있다. 바람직하게는, 패치(10)는, 측정된 온도가 때로는 패치의 범위 밖에 있더라도, 시간 경과에 따른 측정된 온도의 완전한 픽쳐(piture)가 컴퓨팅 디바이스(14)에 의해 획득될 수 있도록, 현재 데이터와 이력 데이터의 조합을 송신할 것이다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 패치(10)는 각각의 송신 단위에서, 순간 온도 데이터 및 이력적 온도 데이터의 일부를 송신할 수 있다. 순간적인 온도 데이터와 이력적 온도 데이터 둘 다는, 온도 데이터와 함께, 고유의 숫자 식별자 또는 타임 스탬프를 포함할 수 있는데, 예컨대 [00001, 98.6도]를 포함할 수 있다. 고유의 숫자 식별자 또는 타임 스탬프는 소프트웨어 애플리케이션이 데이터를, 패치(10)에 기록되는 온도의 이력을 나타내는 온도-시간 차트로 적절하게 조합하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이러한 방식에서 소프트웨어 애플리케이션은 현재의 환자 온도뿐만 아니라, 이력 데이터의 일부 또는 전체를 항상 디스플레이할 것이다. 예를 들면, 컴퓨팅 디바이스(14)는 완전한 이력 온도 데이터세트가 획득되기 전에 패치(10)로부터 몇 분 동안 다수의 송신을 수신하는 것을 필요로 할 수도 있다. 그러나, 이 방식은, 패치(10)가 블루투스 저에너지 데이터 송신의 경계 내에서 기능하는 것을 허용한다는 점에서 유익할 수 있을 뿐만 아니라, 패치(10)가 시간의 한 기간 동안 범위를 벗어나더라도 컴퓨팅 디바이스(14)가 완전한 이력 데이터세트를 얻을 수 있다는 것을 보장할 수 있다. 여전히, 패치(10)는 현재의 온도 데이터만을 송신할 수도 있고 소프트웨어 애플리케이션(300)에 의존하여 데이터를 수집할 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(14)가 패치(10)와 일정한 근접 거리에 있다면, 업데이트된 데이터는 미리 결정된 시간 간격(예를 들면 매 5초마다, 매 10초마다, 매 분마다, 등등) 또는 조정 가능한 시간 간격(예를 들면, 양방향 통신이 가능한 경우, 소프트웨어 애플리케이션을 통해 수동으로 또는 자동으로 조정 가능함)에 따라 주기적으로 전송될 수 있다.
다른 예에서, 마이크로프로세서(50)는 측정된 온도의 데이터 무결성을 보장하기 위해 에러 검사 및 제어 기능성을 포함할 수 있다. 에러 검사 및 제어 기능성은, 온도 판독 데이터, 메모리에 저장되는 및/또는 메모리로부터 판독되는 데이터, 및/또는 패치(10) 안으로 및/또는 패치(10) 밖으로 송신되는 데이터를 비롯한, 마이크로프로세서(50)에 유입되거나 유출되는 다양한 데이터에 대해 동작할 수 있다. 무선 통신 서브시스템은 또한 에러 검사 및 제어 기능성을 또한 포함할 것이다는 것이 고려되며, 마이크로프로세서(50)는 그러한 통신 서브시스템과 함께 또는 독립적으로 작동할 수 있다.
마이크로프로세서(50)는 가요성 배터리(32)에 대한 전기 접속부(56)를 더 포함할 수 있고, 전력 라인(57A, 57B)을 통해 온도 센서(39) 칩 및 통신 칩(54) 중 어느 하나 또는 둘 다로 선택적으로 전력을 분배할 수도 있다. 마이크로프로세서(50)는 전압 및 전력 흐름을 안정화시키기 위해 전압 업컨버터 또는 다운컨버터, 전력 조절기 및/또는 하나 이상의 커패시터(들)와 같은 전압 조절기 또는 수정기(modifier)(코일을 포함할 수도 또는 포함하지 않을 수도 있음) 중 임의의 것 또는 모두를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 온도 센서 칩(39)은 약 3 볼트 DC(VDC)에서 동작할 수 있고, 한편 단일 가요성 배터리(32)는 약 1.5 볼트 DC만을 제공한다. 따라서, (도시되는 바와 같이, 직렬로 배치된 두 개 이상의 1.5 VDC 배터리(32)를 비롯해) 3 VDC(또는 그 이상) 배터리가 활용될 수 있다. 그러나, 단일의 배터리(32)만이 사용되는 경우, 온도 센서 칩(39)의 동작이 소망되는 경우, 마이크로프로세서(50)는 전압 조절기 또는 수정기를 통해 배터리(32)의 1.5 VDC를 업컨버트하여 온도 센서 칩(39)에 3 VDC를 선택적으로 제공할 수 있는 것이 고려된다. 온도 센서 칩(39)이 동작하고 있지 않을 때, 마이크로프로세서(50)는 전력을 보존하기 위해 온도 센서 칩(39)에 전력을 공급하는 것을 중단할 수도 있다. 여전히, 마이크로프로세서(50)와는 별개로 전압 조정기 또는 수정기 및/또는 커패시터가 별도로 제공될 수 있다는 것이 고려된다. 유사하게, 마이크로프로세서(50)는 여러 가지 이유 때문에 통신 칩(54)에 선택적으로 전력을 제공할 수 있다. 능동적으로 전력이 공급되는 통신 프로토콜(예를 들면, 블루투스, 블루투스 저에너지, WiFi, 셀룰러, 등등)이 사용되는 경우, 마이크로프로세서(50)는 자신의 동작을 위해 통신 칩(54)에 연속적인 또는 간헐적인 전력을 제공할 수도 있다. 마이크로프로세서(50)는 전력을 보존하기 위해 통신 칩(54)에 전력을 공급하는 것을 주기적으로 중단할 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들면, 온도 데이터가 주기적으로 전송되는 경우, 마이크로프로세서(50)는 데이터 무송신 간격 동안 통신 칩(54)에 제한된 전력을 제공할 수도 있거나 또는 심지어 전력을 제공하지 않을 수도 있다. 대안적으로, 수동적으로 전력이 공급되는 통신 프로토콜(예를 들면, NFC 또는 RFID)이 사용되는 경우, 마이크로프로세서(50)는 통신 칩(54)에 제한된 전력을 제공할 수도 있거나 또는 심지어 전력을 제공하지 않을 수도 있다. 대신, 통신 칩(54)은 NFC 또는 RFID(또는 다른) 송신으로부터 자신의 전력의 전부를 획득할 수 있다. 또한, 옵션적 보조 메모리는, 배터리(32)가 고갈되더라도, 데이터 판독을 가능하게 하기 위해, 어쩌면, NFC, RFID 또는 다른 수동 전력 전송 시스템에 의해 수동적으로 전력을 공급받을 수 있다. 여전히, 통신 칩(54)이 추가적인 피쳐를 포함하면, 통신 칩(54)은 여전히 마이크로프로세서(50)로부터 약간의 연속적인 또는 간헐적인 전력을 수신할 수도 있다.
마이크로프로세서(50)는 추가적인 피쳐를 포함할 수 있다. 예를 들면, 마이크로프로세서(50)는 시간 추적을 위한 실시간 클록 또는 다른 메커니즘일 수 있는 타이머(60)를 포함한다. 따라서, 마이크로프로세서(50)는 온도 센서(39) 칩으로부터의 각각의 온도 판독치를, 온도 판독치가 취해진 실제의 로컬 시간을 나타내는 타임 스탬프와 같은 타임 스탬프와 연관시킬 수 있다. 타이머(60)는 표준 시간대에 기초하여 시간을 추적 및 보고할 수 있고, 소프트웨어 애플리케이션은 유저의 로컬 시간대로의 조정을 제공할 수 있다는 것이 또한 고려된다. 대안적으로, 타이머(60)는 실시간을 추적하지 않을 수도 있지만, 그러나 소프트웨어 애플리케이션에 의해 실시간 스탬프(real time stamp)로서 해석, 추정 또는 변환될 수 있는 어떤 시간 관련 데이터를 추적할 수도 있다는 것이 고려된다.
추가 예에서, 타이머(60)는 실시간(예를 들면, 경과된 시간)을 추적할 수도 있지만, 그러나 마이크로프로세서는 온도 센서(39) 칩으로부터의 각각의 온도 판독치를, 고유의 숫자 식별자와 같은 고유의 식별자와 연관시킬 수도 있다. 마이크로프로세서(50)는 예를 들면, 타이머(60)에 의해 추적되는 매 5초마다 온도 센서(39)로부터 온도 판독치를 획득하도록 프로그래밍될 수도 있다. 온도 판독치가 획득되면, 마이크로프로세서(50)는 패턴, 랜덤, 등등에 기초하여, 순차적일 수 있는 고유의 숫자 식별자로 그것을 태깅할(tag) 수 있다. 하나의 예에서, 매 5초마다 온도 판독취를 취한 상태에서 30초 동안, 마이크로프로세서(50)는 [00001, 98.6도]; [00002, 98.7도]; [00003, 98.7도]; [00004, 98.8도]; [00005, 98.7도]; [00006, 98.6도]와 같이, 판독치를 순차적으로 태깅할 수 있다. 이들 판독치는 온보드 메모리(62)에 저장되고, 컴퓨팅 디바이스(14)에 무선으로 송신된다.
컴퓨팅 디바이스(14)와의 양방향 통신이 가능하면, 타이머(60) 또는 마이크로프로세서(50)의 다른 부분은, 컴퓨팅 디바이스(14) 및 관련 소프트웨어 애플리케이션으로부터 타이머 초기화 커맨드를 수용하여 유저가 패치(10)를 사용하기 시작할 때마다 타이머(60)의 동작을 개시할 수 있는데, 패치(10)는, 미사용시, 일반적으로 보관 동안 비활성이거나 매우 낮은 전력 상태에 있다. 타이머 초기화 커맨드는 타이머(60)의 동작을 시작할 수 있고, 타이머(60)가 판독된 각각의 온도의 타임 스탬프를 정확하게 보고하고 로깅하는 것을 시작할 수 있도록, 정확한 실제 시작 시간(또는 시간 관련 데이터)을 또한 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 타이머(60)는 타이머(60)가 정확하게 시간을 유지하고 있다는 것을 주기적으로 보장하기 위해 하나 이상의 타이머 조정 신호(들)를 수용하도록 구성될 수 있다.
마이크로프로세서(50)의 온보드의 비일시적 메모리(62)는 온도 판독 데이터 및 연관된 타임 스탬프 또는 숫자 식별자의 일부 또는 전부를 저장하도록 구성된다. 온도 센서(39) 칩으로부터 판독되는 각각의 온도는 적어도 관련된 타임 스탬프 또는 그에 따른 숫자 식별자, 또는 다른 고유의 식별자를 가질 것이고, 각각의 별개의 온도 판독치는 그것의 타임 스탬프 또는 숫자 식별자와 함께 메모리에 저장될 것이다는 것이 고려된다. 판독된 각각의 온도는 또한, 온도 판독 참조 번호, 패치(10) 디바이스 고유의 ID(unique ID)(UID, 마이크로프로세서(50) 또는 통신 칩에 하드 코딩될 수 있음), 각각의 별개의 온도 판독 데이터포인트가 컴퓨팅 디바이스(14)에 무선으로 송신되었는지 또는 그렇지 않은지의 여부를 나타내는 플래그, 각각의 별개의 온도 판독 데이터포인트의 조정, 수정, 변환, 등등이 이루어졌는지 또는 그렇지 않은지의 여부를 나타내는 플래그, 및/또는 각각의 온도 판독 데이터포인트와 관련되는 데이터의 다양한 다른 일부분(piece)과 같은 추가 데이터와 함께 저장될 수 있다. 마이크로프로세서(50)의 온보드 메모리(62)는, (예를 들면, 일반적으로 배터리(32)의 사용 수명에 의해 통제되는) 패치(10)의 동작 수명 동안 판독되는 온도 데이터포인트의 일부 또는 심지어 전부와 같은 부분을 유지하기에 충분한 것이 바람직하다. 예를 들면, 온보드 메모리(62)는, 데이터포인트가 컴퓨팅 디바이스(14)에 무선으로 송신되었는지 여부에 상관없이, 모든 온도 데이터포인트 판독치를 유지할 수 있다. 각각의 무선 송신 동안, 소프트웨어 애플리케이션은 데이터의 완전한 사본(copy), 또는 가장 최근의 판독되지 않은 증분 데이터포인트만을 다시 판독할 수 있다.
대안적으로, 마이크로프로세서(50)의 온보드 메모리(62)는 모든 온도 데이터포인트보다 적은 고정된 양의 데이터를 저장하기에 충분할 수도 있다. 하나의 예에서, 온보드 메모리(62)는 패치(10)의 동작 수명 동안 판독되도록 의도되는 총 온도 데이터포인트의 25% 또는 50%만을 저장할 수도 있다. 따라서, 일반적으로 훨씬 더 큰 가용 메모리 공간을 구비하는 컴퓨팅 디바이스(14)는, 각각의 패치(10)의 완전한 온도 데이터 판독 이력을 유지할 수도 있는 반면, 마이크로프로세서(50)의 온보드 메모리(62)는 마지막 500개의 데이터포인트 또는 마지막 몇 분 또는 몇 시간 분량의 데이터포인트 또는 다른 양의 데이터, 등등과 같은 작은 고정된 양만을 유지한다. 온보드 메모리(62)의 고정된 양을 수용하기 위해 다양한 메커니즘이 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들면, 메모리가 가득 차면, 마이크로프로세서(50)는, 가장 최근의 온도 판독치가 소프트웨어 애플리케이션 및 컴퓨팅 디바이스(14)에 의한 판독에 항상 이용 가능하도록, 가장 오래된 메모리 레지스터를 연속적으로 덮어 쓸 수 있거나, 또는 마이크로프로세서(50)는 심지어 온도 판독치 저장을 중지할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 회로(34)는, 바람직하게는 모든 예측된 온도 판독 데이터포인트를 기록하기에 충분한 사이즈를 갖는 보조 메모리 스토리지 디바이스를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 보조 메모리 스토리지 디바이스는 개별 칩일 수 있거나, 또는 통신 칩(54)의 일부와 같은, 다른 칩의 일부로서 통합될 수 있다. 하나의 예에서, (하나 이상의 스토리지 디바이스에서) 더 많은 또는 더 적은 메모리가 고려될지라도, 보조 메모리 스토리지 디바이스는 약 100,000개의 데이터포인트를 저장할 수 있는 64 킬로바이트의 메모리(또는 그 이상, 또는 그 이하)를 구비할 수 있다. 따라서, 마이크로프로세서(50)의 온보드 메모리(62)에 저장되는 온도 판독 데이터포인트의 일부 또는 전부는 장기간 저장을 위해 상대적으로 더 큰 보조 스토리지 디바이스로 전송될 수 있다. 그러한 데이터포인트의 전송은 다양한 스케줄, 온디맨드(on-demand), 등등에 따라 수행될 수 있다. 예를 들면, 온보드 메모리(62)로부터 더 큰 보조 스토리지 디바이스로의 데이터포인트의 일부 또는 전체의 전송은 매 30초마다, 매 분마다, 매 5분마다, 등등과 같이, 사전 설정된 시간 간격으로 수행될 수 있다. 또 다른 예에서, 온보드 메모리(62)가 50% 가득 참(full), 75% 가득 참, 90% 가득 참, 또는 100% 가득 참, 등등과 같은 미리 결정된 용량에 도달하면, 온보드 메모리(62)로부터 보조 스토리지 디바이스로의 일부 또는 모든 데이터포인트의 전송이 수행될 수 있다. 또 다른 예에서, 온보드 메모리(62)로부터 보조 스토리지 디바이스로의 데이터포인트의 전송은 롤링(rolling) 기반으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 온보드 메모리(62)에 초기에 기록된 데이터포인트는 보조 스토리지 디바이스로 순차적으로 전송될 수 있거나, 또는 온보드 메모리(62)가 가득 차면, 온보드 메모리(62)에 기록될 다음 번 최신 데이터포인트에 대한 공간(room)을 만들기 위해, 가장 오래된 데이터포인트가 보조 스토리지 디바이스로 전송될 수 있다. 또한, 필요에 따라, 데이터가 보조 스토리지 디바이스로부터 온보드 메모리(62)로 다시 전송될 수 있다는 것이 고려된다. 마지막으로, 온보드 메모리(62) 및 보조 스토리지 디바이스 중 어느 하나 또는 둘 모두는 연속적인 전력 공급을 필요로 하거나 또는 필요로 하지 않을 수도 있는 휘발성 또는 불휘발성 메모리를 포함할 수 있다는 것이 고려된다.
온도 센서(39) 칩은, 환자의 온도를 결정하기 위해, 온칩 PN 접합 센서와 같은 다양한 타입의 센서 또는 기술을 활용할 수 있다. 체온 판독을 위해, 온도 센서(39) 칩은 섭씨 35~43도(예를 들면, 화씨 95~110도)의 전형적인 인체 온도 범위에서 매우 정확할 것이다. 바람직하게는, 온도 센서는 +/- 0.5도씨, 보다 바람직하게는 +/- 0.25도씨, 또는 훨씬 더 바람직하게 +/- 0.1도씨 같은 높은 정확도를 가질 것이다. 여전히, 서미스터 및 저항 온도 검출기(resistance temperature detector; RTD)와 같은 다양한 다른 타입의 내부 및/또는 외부 온도 센서가 활용될 수 있다. 따라서, 온도 센서(39) 칩은 피부 접촉 접착물(40)을 통해 유저의 체온을 감지할 수 있다. 접착물(40)의 폼 재료는 외부 영향을 완화시킬 수 있는 절연 배리어를 온도 센서(39) 둘레에 제공할 수 있다는 것이 고려된다. 도 3을 다시 간략히 참조하면, 접착물(40)은 온도 센서(39)의 위치와 정렬되는 관통형 연장 홀(41)을 포함할 수 있다. 홀(41)은 환자의 피부와 온도 센서(39) 사이에 방해물이 없는 경로(unobstructed path)를 제공할 수 있다. 하나의 예에서, 온도 센서(39)는 환자로부터 일정 거리 이격되도록 홀(41)을 통해 부분적으로 연장될 수 있고 환자의 피부로부터 방사되는 열을 감지하는 것에 의해 온도 판독치를 획득할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 온도 센서(39)는, 보다 직접적인 온도 판독치를 획득하기 위해, 환자의 피부와 직접 접촉하도록 홀(41)을 통해 부분적으로 또는 완전히 연장될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 앞서 설명된 히드로겔과 같은 스페이서가 환자의 피부와 온도 센서(39) 사이에 배치되어 열 전도 경로를 제공할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 온도 센서(39)는 환자의 피부 온도를 신속하고 정확하게 감지할 수 있는 능력을 향상시키는 추가적인 피쳐를 추가로 구비할 수 있다. 예를 들면, 반사기가 온도 센서(39) 주위에 배치되어 환자의 피부로부터 방사된 열을 온도 센서(39) 상으로 보다 직접적으로 집중시킬 수 있다. 하나의 예에서, 반사기는 상부 가요성 단일 면 접착물(20) 레이어와 온도 센서(39) 사이에 위치하는 것과 같이, (패치(10)의 정상 동작 상태에서 봤을 때) 온도 센서(39) 위에 수직으로 위치할 수 있다. 반사기는 심지어 접착물(20) 레이어의 부분에, 또는 기재(37)에, 또는 심지어 온도 센서(39) 자체의 일부로서 통합될 수 있다. 반사기는 다양한 형상 및 사이즈를 가질 수 있으며, 금속화 레이어(metallized layer) 또는 금속 포일 레이어와 같은 다양한 재료를 포함할 수 있다. 안테나(36)가 온도 센서(39)와는 대향하는 패치(10)의 단부에 위치하기 때문에, 반사기는 송신된 무선 신호의 세기에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않아야 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상부 접착물(20) 레이어가 온도 센서를 주변 환경과 절연시키는 절연 레이어로서 작용할 수 있고 그에 의해 온도 정확성에 도움이 될 수 있다는 것이 고려된다.
온도 센서(39)는 유저의 온도를 직접적으로 감지할 수 있거나, 또는 미리 결정된 알고리즘 또는 등등에 기초하여 간접적으로 온도를 보간/추정할 수도 있다. 또한, 피부 표면 온도 측정에 기초하여 유저의 심부 체온(core body temperature)의 표시를 제공하기 위해 패치(10)는 미리 결정된 알고리즘 또는 등등을 활용할 수 있다는 것이 고려된다. 겨드랑이(즉, 겨드랑이 밑) 온도는 신체의 심부 온도와는 약간 다르며, 따라서 마이크로프로세서(50)(또는 컴퓨팅 디바이스(14)의 소프트웨어 애플리케이션)가 온도 데이터에 적절한 조정을 제공할 수 있다는 것이 일반적으로 수용된다. 마이크로프로세서(50)는 미리 결정된 시간 간격마다(예를 들면, 매 1초마다, 매 3초마다, 매 5초마다, 매 6초마다, 매 10초마다, 매 30초마다, 매 분마다, 등등 마다) 또는 조정 가능한 시간 간격마다 온도 센서(39)로부터 온도 데이터포인트를 주기적으로 획득할 수 있다. 하나의 예에서, 마이크로프로세서(50)는 패치(10)의 동작 수명 동안 고정된 시간 간격으로 온도 데이터포인트를 획득할 수 있다. 다른 예에서, 마이크로프로세서(50)는 마이크로프로세서(50) 또는 소프트웨어 애플리케이션에 의해 또는 심지어 유저에 의해 동적으로 조정될 수 있는 가변 시간 간격으로 온도 데이터포인트를 획득할 수 있다. 또 다른 예에서, 마이크로프로세서(50)는 패치(10)의 동작 시간과 같은, 특정한 변수에 따라 상이한 속도로 온도 데이터포인트를 획득할 수 있다. 예를 들면, 마이크로프로세서(50)는 동작의 처음 5 내지 10분 동안 상대적으로 빠른 간격(예를 들면, 초당 또는 5초당 1 판독)으로 온도 데이터포인트를 획득할 수 있고, 그 결과 유저는 환자의 온도의 상대적으로 빠르고 순간적인 피드백을 가질 수 있다. 그 후, 배터리 전력 또는 메모리를 절약하기 위해 온도 판독 간격은 30초당 또는 분당 1 판독으로 감소될 수 있다. 양방향 통신이 가능하다면, 소프트웨어 애플리케이션은, 소망하는 경우 요구시 빠른 데이터 수집 방식을 다시 활성화하는 "부스트" 모드를 제공할 수 있다. 대안적으로, 데이터 감지 간격은 배터리 수명(예를 들면, 배터리가 임계량 이하로 방전되는 경우 더 적은 데이터 판독치를 획득함), 메모리 용량(예를 들면, 사용 가능한 메모리 용량이 임계량 미만인 경우 더 적은 데이터 판독치를 획득함), 또는 심지어 온도 센서(39)에 의해 감지되는 온도(예를 들면, 감지된 온도가 미리 결정된 정상 범위에 있을 때 더 느린 데이터 판독, 그리고 감지된 온도가 미리 결정된 상승된 또는 감소된 범위를 초과할 때 더 빠른 데이터 판독)에 기초할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 패치(10)는, 예를 들면, 다수의 체온 또는 심지어 유저 주위의 주변 환경 조건을 측정하기 위한 하나 이상의 보조 센서를 포함할 수 있다. 하나 이상의 보조 센서(53)는, 옵션적인 외부 연결을 통해 온도 센서(39) 칩에 전기적으로 커플링될 수 있거나, 또는 심지어 내장될 수 있다. 패치(10)는 이들 보조 센서를 활용하여 주위 조건에 기초하여 유저의 온도 판독치 및/또는 소프트웨어 애플리케이션의 경고를 동적으로 조정할 수 있다. 예를 들면, 유저가 매우 더운 기후에 있는 경우, 유저는 매우 추운 환경에 있는 유저보다 약간 더 높은 체온을 갖는다는 것이 예상될 수도 있다. 소프트웨어 애플리케이션은 이러한 환경 변수를 수용하기 위해 고온 경보를 동적으로 조정할 수 있다. 또한, 보조 센서(53)는, 주변 습도, 주변 압력, 주변 광, 사운드 및/또는 방사선 레벨, 환자의 신체 기능, 시간, (예를 들면, 가속도계를 통한) 환자의 움직임, 환자 맥박, 혈중 산소 레벨, EKG, 등등과 같은 다양한 다른 센서를 포함할 수 있고, 소프트웨어 애플리케이션은 다양한 변수 판독치 중 하나 또는 이들의 조합에 기초하여 경보 또는 등등을 동적으로 조정할 수 있다. 최종적으로, 온도 센서(39)(및 회로(34) 전체)는 조립 프로세스 동안 고온에 노출되지 않을 것이고, 그러한 만큼 온도 센서(39) 칩은 공장에서 교정될 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 온도 센서(39) 칩은 자체 교정될 수 있고, 및/또는 마이크로프로세서(50) 및/또는 컴퓨팅 디바이스(14)에 의해 교정될 수 있다는 것이 고려된다.
최종적으로, 마이크로프로세서(50)는 다양한 추가적인 옵션적 피쳐를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 마이크로프로세서(50)는 표시기(indicator), 알람, 등등과 같은 피드백을 유저에게 제공하는 하나 이상의 출력 디바이스(66)를 포함할 수 있다. 출력 디바이스(66)는 시각적인 것(예를 들면, LED 조명, 디스플레이, 등등), 청각적인 것(예를 들면, 스피커, 등등), 또는 촉각적인 것(예를 들면, 진동, 등등) 중 일부 또는 전체를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 패치(10)의 유저가 저온, 정상 또는 고온 중 어느 하나를 갖는다는 것을 나타내기 위해, 하나 이상의 옵션적인 LED 조명(또는 다른 타입의 조명, 디스플레이, 등등)이 사용될 수 있다. LED 조명은 저온에서는 노란색으로, 정상 온도에서는 녹색으로, 고온에서는 빨간색으로 조명될 수 있거나, 또는 깜박거리는 간격을 변경하는 것을 통해 이들 표시를 제공할 수 있다. 다른 예에서, LED 조명은, 배터리 상태 및/또는 패치(10)의 동작을 위한 남은 실제 또는 추정된 시간을 나타내기 위해, (예를 들면, 컬러 변경, 깜빡거리는 간격, 등등을 통해) 동적으로 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, LED 조명은 온/오프, 적절한/결함 동작, 컴퓨팅 디바이스(14)와의 성공적인 연결 또는 실패한 연결, 컴퓨팅 디바이스와의 활성적 통신, 등등과 같은, 패치(10)의 동작 상태를 나타내기 위해 사용될 수 있다. 유사한 기능이 청각 또는 촉각 출력 디바이스와 함께 사용될 수 있다. 마이크로프로세서(50)는 2 와이어 인터페이스 또는 등등과 같은 다양한 방식으로 온도 센서(39), 통신 칩(54) 또는 다른 컴포넌트 중 임의의 것 또는 전체에 접속될 수 있다.
본원에서 설명되는 바와 같이, 패치(10)는 온보드 전원을 갖는 능동 디바이스이다. 도시된 실시형태에서, 블루투스 통신 시스템의 사용은 디바이스가 온보드 전원을 사용하는 완전 능동 디바이스(fully active device)이다는 것을 의미한다. 예를 들면, 전자장치 인레이(30)는 하나 이상의 얇은 가요성 배터리(32)를 포함할 수 있다. 가요성 배터리(32)는 5 mAh, 10 mAh, 15 mAh 또는 다른 용량, 등등과 같은 다양한 용량으로 제공될 수 있다. 하나의 배터리가 이하에서 상세하게 설명되지만, 패치(10)에서 사용되는 모든 배터리는 동일하거나 또는 상이할 수 있다는 것이 이해된다. 몇몇 실시형태에서 무선 통신이 무선 신호 그 자체(예를 들면, NFC 통신 프로토콜)에 의해 부분적으로 또는 전적으로 전력을 공급받을 수도 있기는 하지만, 온보드 마이크로프로세서, 타이머, 메모리 및/또는 온도 센서 중 임의의 것 또는 전부는 능동적으로 전력을 공급받을 수도 있다. 패치를 작고 얇고 가볍고 유연하게 만들기 위한 노력으로, 얇은 인쇄된 배터리가 온보드 전원으로서 제공될 수 있다. 편평한 배터리를 제조하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. 하나의 예에서, 전기화학 전지(즉, 배터리)는 통상적으로 연속적이고 유연한 기재 웹(substrate web) 상에 인쇄 및/또는 라미네이팅되고, 롤 등등으로 형성될 수도 있다. 개별 배터리는, 예컨대 한 번에 하나씩 롤에서 취출될 수 있다. 예를 들면, 배터리는 롤로부터 절단될 수 있고, 및/또는 용이하게 떼내기 위해 가요성 기재 롤의 천공(perforation)이 제공될 수 있다. 또한, 배터리는, 예를 들면, 안테나, 디스플레이 및/또는 프로세서와 같은 하나 이상의 전기 컴포넌트와 함께, 통합된 프로세스에 제조될 수 있다. 이 애플리케이션의 다수의 양상(facet)은 설명된 전체 패키지에서 사용될 수 있고 및/또는 개별적으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 달리 명시적으로 나타내어지지 않는 한, 모든 백분율은 중량%이다. 또한, 본원에서 사용되는 바와 같이, "5-25"(또는 "약 5-25")와 같은 범위가 주어지면, 이것은, 적어도 하나의 실시형태에 대해, 적어도 약 5, 그리고 개별적으로 및 독립적으로, 약 25보다 많지 않다는 것을 의미하며, 달리 표시하지 않는 한, 범위는 엄격히 해석되는 것이 아니라, 수용가능한 예로서 주어진다. 또한 본원에서, 열거된 또는 바람직한 값을 따르는 괄호 안의 범위는, 적용되는 추가 실시형태에 따라 그 값에 대한 더 넓은 범위를 나타낸다.
이러한 전지를 대량 생산하는 하나의 방법은, 예를 들면 라미네이팅된 중합체 필름 레이어와 같은 특수 기재 상에 패턴으로 수성 및/또는 비수성 용매 잉크 및/또는 다른 코팅을 퇴적시키는 것을 포함한다. 퇴적은, 예를 들면, 전기화학 잉크를 인쇄하고 및/또는, 특히 소망하는 체적이 매우 큰 경우, 하나 이상의 고속 웹 회전 스크린 인쇄기(printing press) 상에, 예를 들면, 아연 포일과 같은 금속 포일을 라미네이팅하는 것을 이용할 수 있다. 볼륨이 상대적으로 작으면, 이를 테면 단지 약 수 백만 이하의 양에서, 플랫 베드 스크린(flat bed screen)을 이용한 웹 인쇄와 같은 상대적으로 느린 방법이 적절할 수 있다. 볼륨이 수백 또는 수천과 같이 훨씬 더 작으면, 예를 들면 낱장 공급 플랫 베드 인쇄기(sheet-fed flat bed printing press)가 활용될 수도 있다. 여전히, 다양한 인쇄 방법이 다양한 소망하는 양에 맞게 사용될 수 있다.
잉크가 인쇄되고 및/또는 고형물(solid)이 적절히 배치된 이후, 전지는 완성될 수 있다(예를 들면, 밀봉될 수 있거나, 다이 커팅될 수 있거나, 적층 및/또는 천공 및 롤로 감길 수 있거나, 또는 낱장이 인쇄기 상에서 사용되는 경우 적층될 수 있다). 이 전지 제조 프로세스는 또한, 하나 이상의 개별 전지를, 실제 전자 애플리케이션과 통합하는데, 또는 직렬 또는 병렬로, 또는 이 둘의 어떤 조합으로 연결되는 다수의 전지를 포함하는 배터리 안으로 통합하는데 활용될 수 있다. 이러한 디바이스 및 대응하는 프로세스의 예가 후술될 것이지만, 그러나 많은 추가적인 실시형태도 또한 고려된다.
상기에서 논의되는 바와 같이, 배터리는 인쇄되고 가요성이며 얇은 것으로 설명될 수도 있다. 이러한 전지/배터리는, 어쩌면, 예를 들면, 중앙의 고수분 배리어 레이어(high-moisture barrier layer)를 포함하는 특수한 피쳐를 갖는 특수 중합체 라미네이트를 활용할 수 있는 하부 필름 기재를 포함할 수 있는데, 수분 배리어 레이어는 양면 상의 중합체 필름에 의해 둘러싸여 있다. 또한, 한쪽 또는 양쪽의 외부 표면은, 정보, 로고, 지시사항, 식별 정보(identification), 일련 번호, 그래픽, 또는 다른 정보 또는 이미지를 소망하는 대로 인쇄하도록 인쇄 수용적이게(print receptive) 만들어질 수 있다.
이 배터리의 어떤 구조가 사용되는지에 따라, 다겹(multi-ply) 기재 중 한 겹은, 배리어 코팅에 인접하여 공압출될 수도 있는 열 밀봉 레이어를 특징으로 할 수 있다. 또한, 적어도 몇몇 실시형태의 전지의 일부 하나의 기재 레이어는 필름 기재의 일부 상에 인쇄되거나 또는 코팅되거나 또는 다르게는 도포되는 탄소와 같은 캐소드 전류 집전체(current collector) 및/또는 애노드 전류 집전체를 활용할 수 있다. 이 집전체(collector)의 외부 콘택 영역에는, 소망되는 경우, 애플리케이션 연결에 대한 전도도를 향상시키기 위해, 예를 들면 탄소, 금, 은, 니켈, 아연 또는 주석과 같은 상대적으로 높은 전도성의 잉크의 레이어가 인쇄될 수 있다. 그러나, 배터리 애플리케이션이 상대적으로 낮은 전류 요건에 대해 사용되는 경우, 보다 높은 전도성 레이어 콘택 재료, 또는 심지어 전류 집전체는 하나 또는 두 개의 전극에 대해 활용될 수 없을 수도 있다.
적어도 몇몇 실시형태의 경우, 수성 잉크 전기화학 레이어(water-based ink electrochemical layer)가 캐소드로서 인쇄된다. 이러한 캐소드 레이어는, 예를 들면, 이산화망간(MnO2), 탄소(예를 들면, 흑연), 중합체 바인더 및 물을 포함할 수 있다. 캐소드 레이어에 대한 다른 제제(formulation)도 이들 재료 중 임의의 것과 함께 또는 이들 재료 중 어느 것도 없이 활용될 수 있다. 캐소드 집전체 레이어가 사용되는 경우, 캐소드 전기화학 레이어는 캐소드 전류 집전체의 적어도 일부 상에 인쇄될 것인데, 캐소드 전류 집전체는 인쇄되거나 또는 다르게는 기재에 먼저 도포된다. 여전히, 캐소드 전류 집전체는 캐소드 레이어의 일부를 형성할 수도 있거나 또는 형성하지 않을 수도 있다.
애노드에 관하여, 오프 라인 동작에서, 건식 필름 접착제 레이어가, 어쩌면 이형 라이너를 사용하여, 아연 포일에 도포될 수 있다. 그 다음, 아연 포일은 베이스 기재에 라미네이팅될 수 있다. 또한, 애노드 레이어는 아연 잉크를 기재 또는 카본과 같은 집전체의 상부에 인쇄하는 것에 의해 도포될 수 있다. 탄소가 사용되는 경우, 탄소는, 캐소드 및 전기적 브리지에 대해 사용되는 탄소 집전체와 동일한 스테이션에서 인쇄될 수 있다.
옵션적으로, 애노드 및 캐소드 중 하나 또는 둘 모두 위에, 전분 잉크(starch ink) 또는 유사한 재료가 인쇄된다. 전분 잉크는 수용액 전해질 용액이 전지에 첨가된 이후 전극을 "젖은 상태"로 유지하는 전해질 흡수제로서 기능할 수 있다. 이 전분 잉크는 또한 전지 반응을 위해 사용되는 물 및 전해질 염을 포함할 수 있다. 인쇄된 전분 대신, 애노드 및 캐소드 위의 종이 레이어가 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 수성 전해질을 첨가한 인쇄된 전분 레이어의 구성은, 예를 들면, 각각의 전극의 적어도 일부, 예컨대 실질적으로 전체를 유효하게 피복하는 인쇄 가능한 점성 액체(겔 또는 일부 다른 점성 재료를 포함할 수 있음)에 의해 대체될 수 있다. 하나의 이러한 인쇄 가능한 겔은 2003년 9월 4일자로 공개된 미국 특허 공개 제2003/0165744A1호에서 설명되며, 이것은 참조에 의해 본원에 통합된다. 이러한 점성 제제는, 예를 들면, 본원에서 논의되는 바와 같은 전해질 화학식 및 농도를 활용할 수 있다.
옵션적으로, 몇몇 실시형태의 경우, 2개의 전극이, 전분 레이어(들)과 함께 또는 전분 레이어(들) 없이, 배치된 이후, 옵션적인 전지 "픽쳐 프레임"이 추가될 수 있다. 이것은 다수의 상이한 방법을 사용하여 행해질 수 있다. 하나의 방법은, 예를 들면, 유전체 잉크 및/또는 접착제와 함께 이 옵션적인 전지 픽쳐 프레임을 인쇄하는 것이다. 다른 방법은, 스탬핑되거나, 다이 컷팅되거나, 레이저 컷팅되는, 접착제 레이어를 포함하는 옵션적인 중합체 시트 또는 라미네이팅된 중합체 시트, 또는 각각의 단위 전지의 재료를 수용할 뿐만 아니라 디바이스에 연결하기 위한 전기적 콘택을 노출시킬 적절한 "포켓"(내부 공간 또는 공간들)을 형성하는 유사한 방법을 활용하는 것이다. 가요성 배터리는 프레임을 가지고 또는 가지지 않고 형성될 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들면, 프레임이 전기화학 전지를 대한 내부 공간을 제공하기 위한 하나의 방법을 제공할 수 있지만, 프레임을 사용하지 않고 제1 및 제2 기재가 함께 고정되어 전기화학 전지를 대한 내부 공간을 제공할 수 있다는 것도 또한 고려된다.
기재에 대한 픽쳐 프레임의 양호한 밀봉을 보장하기 위해, 그리고 (전지 내부로부터 전지 외부로의 전기 경로를 제공하는) 콘택 피드 스루의 양호한 밀봉을 제공하기 위해, 밀봉 또는 코킹 접착제가, 예를 들면, 프레임이 인쇄되기 이전에 또는 중합체 시트가 삽입되기 이전에, 예를 들면, 전지 프레임과 동일한 패턴으로, 콘택 피드 스루 및 기재 위에 인쇄될 수 있다.
이러한 밀봉 또는 코킹 재료는 감압 및/또는 감열, 또는 양 표면에 대한 밀봉을 용이하게 하는 임의의 다른 타입의 재료일 수 있다.
유전체 픽쳐 프레임이 인쇄되고 건조 및/또는 경화된 이후, 열 감지성 밀봉 접착제가 프레임의 상부에 인쇄되어 전지 프레임에 대한 상부 기재의 양호한 밀봉을 허용할 수 있다. 이 전지 픽쳐 프레임은 또한 미리 펀칭되고 그 다음 레지스트레이션(registration)에서 상기에서 설명되는 미리 인쇄된 코킹 접착제 레이어와 정합하도록 라미네이팅되는 약 0.015" 두께(약 0.003"-0.050"의 범위)의 중합체 필름 또는 라미네이트 필름(laminated film)을 포함할 수 있다.
적어도 몇몇 실시형태의 경우, 예를 들면, 약 18 중량% 내지 45 중량%의 농도 범위에서 염화아연(ZnCl2)이 전해질로서 선택될 수 있다. 하나의 예에서, 약 27%가 바람직할 수도 있다. 전해질은, 예를 들면, 오픈 셀(open cell)에 첨가될 수 있다. 라인 상에서의 프로세싱을 용이하게 하기 위해, 이 전해질, 또는 상이한 전해질은, 약 0.6 중량%(약 0.05% 내지 1.0%의 범위)의 레벨에서, 예를 들면, CMC로 농축될 수 있다.
예를 들면, 염화암모늄(NH4Cl), 염화아연(ZnCl2) 및 염화암모늄(NH4Cl)의 혼합물, 아세트산 아연(Zn(C2H2O2), 브롬화아연(ZnBr2), 불화아연(ZnF2), 타르타르산 아연(ZnC4H4O6.H2O), 과염소산 아연(Zn(ClO4)2.6H2O), 수산화칼륨, 수산화나트륨 또는 유기물과 같은 다른 유용한 전해질 제제가 또한 사용될 수 있다.
염화아연은 통상적으로 조우되는 통상적인 환경 조건에 대해 우수한 전기적 성능을 제공하는, 최상의 전해질일 수도 있다. 마찬가지로, 상기에서 언급된 대안적인 전해질 중 임의의 것은, 다른 것들 중에서도, 농도(중량 기준)에서, 예를 들면, 약 18% 내지 50%의 범위 내에서 사용될 수 있는데, 약 25% 내지 45%의 범위는 적어도 일부 다른 실시형태에 대해 사용된다. 이러한 조성은 또한 통상적인 환경 조건 하에서 수용 가능한 성능을 제공할 수 있다. 아세트산 아연이 저온 애플리케이션에 대한 향상된 저온 성능을 달성하기 위해 사용될 때, 중량%에서, 약 31-33 범위의 아세트산 아연 농도가 종종 수용 가능하지만, 약 30-34, 약 28-36, 약 26-38, 및 심지어 약 25-40의 범위도 또한 활용될 수 있다.
염화아연 이외의 전해질의 사용은 몇몇 상이한 환경 조건 하에서 향상된 전지/배터리 전기 성능을 제공할 수 있다. 예를 들면, 약 32 중량%의 아세트산 아연(F.P.(freezing point; 빙점) 약 28℃)은 약 32 중량%의 염화아연(F.P. 약 -23℃)보다 더 낮은 빙점을 나타낸다. 이들 용액 둘 다는 약 27%의 염화아연(F.P. 약 -18℃)보다 더 낮은 빙점을 나타낸다. 다른 아세트산 아연 농도, 예를 들면, 약 18 내지 45 또는 약 25 내지 35 중량%도 또한 감소된 빙점을 나타낸다. 대안적으로, 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)과 같은 알칼리성 전해질이 전해질로서 사용되어 몇몇 상이한 환경 조건 하에서 향상된 전지/배터리 전기 성능을 제공할 수 있다. 전지 성능은 KOH 전해질의 훨씬 더 높은 전도도로 인해 크게 향상될 수 있다. 예를 들면, KOH의 양호한 작동 범위는 약 23% 내지 45%의 범위 내의 농도(중량 기준)일 것이다.
염화아연에 대한 대체물로서 또는 전지에서 사용되는 다양한 혼합물에서의 이러한 전해질 제제의 사용은 저온에서 향상된 성능을 허용할 수 있다. 예를 들면, 약 32% 아세트산 아연 전해질의 사용은 볼타 전지(voltaic cell)의 저온(즉, 약 -20℃ 미만) 성능을 실질적으로 향상시킨다는 것이 밝혀져 있다. 저온에서의 이러한 타입의 전기화학 전지 성능 개선은, 예를 들면, 배터리 지원 RFID 태그 및/또는, 예를 들면, 추운 환경에서 사용될 수 있는, 스마트 액티브 라벨 및 온도 태그와 같은 다른 일시적인(이송 가능한) 전기적으로 동작하는 디바이스의 성장하는 사업에서 활용될 수 있다.
예를 들면, 식품 의약품, 혈액, 등등과 같이, 오늘 날 배송되는 많은 제품은 저온 보관 및 운송 조건, 또는 저온 동작을 필요로 할 수도 있다. 이러한 물품의 안전한 배송을 보장하기 위해, RFID 태그, 센서 및/또는 디스플레이를 사용하여 이들 품목을 추적할 수 있다. 이들 태그 및/또는 라벨은 -20℃ 또는 심지어 그 이하의 온도, 예컨대 약 -23℃, 약 -27℃ 또는 심지어 약 -30℃ 이하에서 유효하게 동작하는 전기화학 전지 및/또는 배터리를 필요로 할 수도 있다.
전지 패키지의 상부 기재는 특수 라미네이팅된 중합체 필름을 활용할 수 있다. 상부 레이어는 감압 접착제(PSA)에 의해, 및/또는 이전에 인쇄된 열 감지 밀봉 접착제를 사용하여 또는 단지 상부 및 하부 기재 둘 다의 열 밀봉 레이어를 사용해 전지 프레임의 가장자리 둘레가 밀봉되어, 전지 프레임 내에 내부 컴포넌트를 가둔다.
상기에서 설명된 구성은 습식 전지 구조일 수 있지만, 유사한 전지 구성을 사용하여, 배터리는 예비 전지 구성으로 제조될 수도 있는데, 이렇게 하는 것은 액체의 적용 이전의 보관 수명의 연장을 제공하는 이점을 갖는다. 인쇄 가능한 유연한 염화아연의 얇은 전지는 친환경적으로 만들어진다.
이 기술이 사용될 수 있는 디바이스는 광범위하다. 상대적으로 낮은 전력 또는 1 내지 3년, 어쩌면 더 긴 제한된 수명을 활용하는 디바이스는 본원에서 설명되는 타입의 얇은 전지/배터리를 활용하여 작동할 수 있다. 전지는, 상기 단락 및 하기에서 설명되는 바와 같이, 종종 저렴하게 대량 생산될 수 있고, 따라서 그것은, 예를 들면, 일회용 제품으로 사용될 수 있다. 저렴한 비용은, 이전에는 비용 효율적이지 않았던 애플리케이션을 허용하며, 이제 상업적으로 실현할 수 있다.
본 출원에 따른 전기화학 전지/배터리는 하기의 이점 중 하나 이상을 가질 수도 있다.
● 에지가 중심에서의 두께보다 더 얇은, 편평하고 상대적으로 균일한 두께;
● 상대적으로 얇음;
● 에지가 중심과 거의 동일한 두께를 갖는, 편평하고 상대적으로 균일한 두께;
● 가요성;
● 많은 기하학적 형상이 가능함;
● 밀봉된 컨테이너;
● 간단한 구성;
● 고속 및 대량 생산을 위해 설계됨;
● 저비용;
● 다수의 온도에서의 신뢰 가능한 성능;
● 양호한 저온 성능;
● 일회용이고 환경 친화적임;
● 양면, 또는 심지어 동일 면 상에 제공되는 전지/배터리 양쪽 콘택;
● 전지/배터리 양쪽 콘택이 배터리 외부 상의 다수의 위치에 제공될 수 있음;
● 애플리케이션 안으로의 조립의 용이성; 및
● 전자 애플리케이션이 만들어지고 있는 동일한 시간에 연속 프로세스에 쉽게 통합될 수 있는 역량.
상기 내용은 본 출원의 몇몇 실시형태에 따른 다양한 전지 구성의 일반적인 설명을 제공하며, 도면을 활용한 추가적인 세부 사항이 하기에서 이어진다. 전지 제조, 인쇄 및/또는 조립을 위한 전지 및 배터리 제조 프로세스도 또한 설명될 것이다.
하나의 예에서, 예컨대, 분당 50 선형 피트 또는 다른 상대적으로 고속과 같은 상대적으로 고속, 고출력 제조가 고려되는 경우, 다수의 웹(web)이 사용될 수 있다. 다수의 웹은 일반적으로 연속적일 수 있고, 공지된 웹 제조 장비와 함께 활용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 제1 웹은 다겹 라미네이팅된 구조체 또는 단일 겹의 재료를 포함하는 -0.001" 내지 0.010" 및 바람직하게는 약 0.002 내지 0.006"와 같이 상대적으로 얇을 수 있다. 하나의 예에서, 다겹 구조체는 5개의 레이어를 포함할 수 있다. 대안적으로, 단일 겹의 재료는 캡톤(Kapton), 폴리올레핀 또는 폴리에스테르와 같은 다양한 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로, 0.001" 레이어가 너무 얇아 인쇄기 및/또는 다른 동작에서 효율적으로 취급할 수 없는 경우, 낮은 촉감 감압 접착제 레이어를 갖는 더 두꺼운 폐기 지지 레이어(throw away support layer)가 얇은 기재 레이어에 라미네이팅될 수 있다. 또한, 이 0.001" 기재 레이어는 내면에 방수 배리어(water barrier)로서 역할을 하는 매우 얇은 산화물 레이어를 갖는 복수 겹으로 만들어질 수 있다. 인쇄 및 조립 동작이 완료된 이후, 폐기 지지 레이어를 제거할 수 있다.
제2 웹은 약 0.003 내지 0.030" 두께, 및 바람직하게는 약 0.006 내지 0.015" 두께인 PVC 또는 폴리에스테르 필름을 포함하는 상대적으로 더 두꺼운 라미네이팅된 구조체일 수 있다. 제2 웹은 한 면 또는 양면에 약 1 내지 5 밀(mil) 두께의 감압 접착제의 레이어(이형 라이너 없음)를 구비할 수 있다. 제2 웹의 이 라미네이팅된 구조체가 완성된 이후, 그것은 제1 웹에 도포될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 웹은 전지/배터리 콘택을 위한 옵션적 캐비티뿐만 아니라 전지 활성 재료에 대한 캐비티를 허용하는 임의의 타입의 기계적 수단을 사용하여 패턴 절단될 수 있다. 제3 웹은 제1 웹과 동일한 및/또는 유사한 상대적으로 얇은 라미네이팅된 구조체일 수 있다. 완성된 3개의 웹 구조체는 개별 디바이스 어셈블리가 라벨로서 도포되는 것을 허용하도록 양면에 감압 접착제를 가질 수도 있다. 전지/배터리는, 예컨대, 함께 계류 중인 2005년 4월 20일자로 출원되고 현재 특허 번호 제8,722,235호로 발행되어 있는 미국 특허 출원 제11/110,202호, 2006년 4월 24일자로 출원되고 현재 특허 번호 제8,722,233호로 발행되어 있는 미국 특허 출원 제11/379,816호, 2010년 6월 21일자로 출원되고 현재 특허 번호 제8,574,754호로 발행되어 있는 미국 특허 출원 제12/809,844호, 2011년 3월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/075,620호(포기), 2012년 9월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/625,366호, 및 2013년 5월 21일자로 출원되고 현재 특허 번호 제8,765,284호로 발행되어 있는 미국 특허 출원 제13/899,291호뿐만 아니라, 발행된 미국 특허 제8,029,927호, 제8,268,475호, 제8,441,411호에서 설명되는 얇은 전지 타입을 가질 수도 있는데, 이들 특허 문헌 모두는 참조에 의해 본원에 통합된다.
전지 구성, 전지 애플리케이션 및/또는 전지 환경에 따라, 기재에 대해 상이한 배리어 특성을 갖는 것이 유리할 수도 있다. 이용 가능한 광범위한 투습도(vapor transmission rate)로 인해, 배리어 레이어는 필요에 따라 각각의 특정한 애플리케이션 및 구성에 대해 선택될 수 있다. 몇몇 경우에, 예를 들면, 설계에 의한 전지가 더 높은 가스 발생률(gassing rate) 및/또는 짧은 수명을 갖는 경우, 전지 팽창을 방지하기 위해, 더 많은 양의 가스가 빠져 나가는 것을 허용하는 더 높은 투과율을 갖는 필름을 사용하는 것이 적절하고 바람직할 수 있다. 배리어 레이어는 수분 손실을 최소화하도록 설계되지만, 그러나 정상적인 전기화학 반응의 발생된 가스가 빠져나갈 수 있도록 하여 얇은 전지가 부풀어 오를 가능성을 감소시킨다. 또 다른 예는 긴 보관 수명을 가지거나 사막과 같이 뜨겁고 건조한 환경에서의 애플리케이션일 것이다. 이러한 경우, 전지로부터의 과도한 수분 손실을 방지하기 위해 낮은 투과율을 갖는 배리어 필름을 갖는 것이 바람직할 수도 있다. 제1 및 제2 기재 레이어 중 적어도 하나는, 가스가 상기 제1 또는 제2 기재 레이어의 상기 복수의 라미네이팅된 레이어를 통해 빠져 나가도록 허용하는, 그러나 여전히 수증기의 탈출을 감소시키는(예를 들면, 최소화하는) 가스 투과율을 갖는 산화물 배리어 레이어를 포함하는 복수의 라미네이팅된 레이어를 포함할 수 있다.
라미네이트 필름 기재(laminated film substrate)의 예시적인 구성의 다양한 실시형태가 활용될 수 있다. 하부 및 상부 라미네이트 필름 레이어는, 대부분의 경우에 그리고 대부분의 애플리케이션에 대해, 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 이들 필름 레이어는 예를 들면, 5겹 라미네이트 필름으로 구성될 수 있다. 다른 예에서, 라미네이트 필름 기재는 4개의 레이어를 가질 수 있다. 전지의 내부에 배치되는 최상부 레이어는 약 0.48 밀 두께 (약 0.2 내지 5.0 밀)의 예시적인 두께를 가지며, 다음의 배리어 특성을 갖는 가요성 열 밀봉성 웹을 제공하는 고수분 배리어 중합체 레이어 필름이며, 이 특성은, 약 30℃ 및 70% 상대 습도에서 24시간당 100 제곱 인치당 약 0.045 입방 센티미터 미만의 산소 투과율; 및 약 40℃ 및 90% 상대 습도에서 24시간당 100 제곱 인치당 약 0.006 내지 0.300 그램의 물 사이의 MVTR이다.
통상적으로, 이 폴리에스테르 필름은 라미네이팅된 구조체의 내부에 산화물 또는 금속 코팅을 갖는다. 진공 증착된 산화물 또는 금속의 타입 및 양에 따라 다양한 수분 투과 값을 가질 수 있고, 하부 폴리에스테르 레이어에 라미네이팅될 수 있는 이들 중합체(폴리에스테르) 기반의 배리어 필름은 우레탄 접착제와 함께 구조체 레이어로서 작용한다. 이들 기재의 내부 레이어는 열 밀봉 레이어를 포함할 수 있다. 다른 대안적인 고수분 배리어는 다음과 같은 배리어 특성을 갖는 가요성의 열 밀봉성 웹일 수 있으며, 이 특성은, 약 73℉ 및 50% 상대 습도에서 24시간당 100 제곱 인치당 약 0.045 입방 센티미터 미만의 산소 투과율; 약 100℉ 및 90% 상대 습도에서 24시간당 100 제곱 인치당 약 0.30 그램 미만의 물의 MVTR이다.
또 다른 예에서, 다층 구조체의 외부 레이어(또는 구조체 레이어)는 약 2.0 밀(약 0.5 내지 10.0 밀)의 배향된 폴리에스테르(orientated polyester; OPET)의 레이어를 포함할 수 있는데, 배향된 폴리에스테르(OPET)의 레이어는, 예를 들면, 두께가 약 0.1 밀인 우레탄 접착제에 의해 다른 레이어에 라미네이팅된다. 이 "구조체 레이어"는 폴리에스테르 배향 (OPET) 필름, 또는 백색 마이크로 보이드 배향 폴리에스테르(white micro-voided orientated polyester; WMVOPET)로 칭해지는 폴리에스테르 기반의 합성 종이일 수 있다.
두꺼운 기재의 사용은, 중합체 두께 중 일부 또는 전체를 증가시키는 것에 의해, 다음과 같은 몇몇 장점을 가질 수도 있으며, 이들은 다음, 즉 온도에 덜 민감한 더 두꺼운 기재로 인해 전지가 인쇄기에서 더 잘 프로세싱되는 것과, 전지 패키지가 더 강하고 더 오래가는 것 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다.
상기 사양 외에, 외부 및 내부 레이어 중 어느 하나 또는 둘 모두는 요구되는 잉크에 대한 인쇄 수용 표면의 추가를 포함할 수 있다. 내부 레이어는 기능성 잉크(예컨대 집전체 및/또는 전기화학 레이어)에 대해 사용되는 반면, 외부 레이어는 필요하다면 그래픽 잉크에 사용될 수 있다. 밀봉된 시스템을 갖는 플랫 전지 구성은 금속화된 필름 및/또는 습기 배리어로서의 매우 얇은 금속 포일 또는 포일들을 포함하는 라미네이팅된 구조체를 활용할 수도 있다. 금속 레이어를 사용하는 이러한 구조체는 상기 설명된 실시형태의 일부에 대해 사용되는 구조체보다 우수한 수분 배리어 특성을 가질 수도 있지만, 또한 몇 가지 단점을 가질 수도 있다. 이들은 다음, 즉 금속 배리어(얇은 금속 포일 또는 진공 금속화 레이어)를 갖는 라미네이팅된 구조체가 더 비쌀 가능성이 있다는 것과, 금속 레이어를 갖는 라미네이팅된 구조체는 내부 단락을 일으킬 가능성이 있다는 것과, 그리고 금속 배리어를 포함하는 라미네이팅된 구조체가, 예를 들면, RFID 안테나의 기능성과 같은 애플리케이션의 전자장치와 간섭할 수 있다는 것 중 하나 이상의 단점을 포함할 수 있다.
필름 기재는 (금속 또는 다른 재료를 포함하는) 배리어 레이어를 갖거나 또는 갖지 않는 중합체 필름의 다수의 변형예로 이루어질 수 있으며, 폴리에스테르 또는 폴리올레핀과 같은 단층(mono-layer) 또는 다층(multi-layer) 필름을 활용할 수 있다. 폴리에스테르는, 더 얇은 게이지 필름의 사용을 허용하는 향상된 강도를 제공하고 통상적으로 다중 스테이션 인쇄기에 사용될 때 쉽게 늘어나지 않기 때문에, 활용하기에 좋은 재료이다. 비닐, 셀로판 및 심지어 종이는, 필름 레이어 또는 라미네이팅된 구성에서 하나 이상의 레이어로서 또한 사용될 수 있다. 매우 긴 보관 수명이 요구되고, 및/또는 환경 조건이 극단적인 경우, 다겹 라미네이트 중합체는, 예컨대, 산화물 코팅 대신 알루미늄의 진공 증착에 의해 획득되는 금속화된 레이어를 포함하도록 변형될 수도 있다.
대안적으로, 매우 얇은 알루미늄 포일이, 예컨대 레이어에 대해, 또는 상이한 위치에서, 필름 레이어의 구조체 내에서 라미네이팅될 수 있다. 이러한 수정은 이미 낮은 수분 손실을 실질적으로 제로로 감소시킬 수 있다. 반면에, 애플리케이션이 상대적으로 짧은 보관 수명 및/또는 짧은 동작 수명에 관한 것일 경우, 보다 고가의 배리어 레이어는, 더 저렴하지만 필요한 수명 동안 전지가 기능하게 하는 덜 효율적인 것으로 대체될 수 있다.
극히 짧은 수명만을 필요로 하는 애플리케이션에서, 전지 패키지는 폴리에스테르 또는 폴리올레핀과 같은 저비용 중합체 기재의 필름 레이어를 대신 사용할 수 있다. 상부 기재 및 하부 기재에 프레임을 접착시키기 위한 감압 접착제 밀봉 시스템은 라미네이트에 대한 열 밀봉 시스템으로 대체될 수 있다는 것이 가능하다.
상부 및/또는 하부 라미네이트 기재의 단순화된 구성에서, 라미네이트 배리어 레이어는, 예를 들면, 우레탄 접착제 레이어와 함께 라미네이팅될 수 있다. 대안적으로, 기재는 배리어 레이어 상의 배리어 코팅인 추가적인 레이어를 구비할 수 있다. 또한, 레이어는 우레탄 접착제 레이어와 함께 라미네이팅될 수 있다.
대안적으로, 예시적인 7겹의 라미네이트 기재가 전지의 기재에 대해 사용될 수 있다. 열 밀봉 레이어는 접착제 레이어를 사용하여 이전 구조체에 라미네이팅될 수 있다. 대략 50 게이지 열 밀봉 레이어는, 폴리에스테르와 같은 중합체 필름 위에, 비결정성 폴리에스테르(amorphous polyester)(APET 또는 PETG), 반 결정질 폴리에스테르(semi crystalline polyester; CPET), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride; PVC), 또는 폴리올레핀 중합체 등등과 같은 열 밀봉 코팅을 또한 포함하는 복합 레이어일 수 있다. 따라서, 이것은 이미 설명된 전지의 상부 기재 및/또는 하부 기재를 7겹의 구성으로 만든다. 이들 구조체(각각 3겹, 4겹 및 7겹 라미네이트) 중 임의의 것의 다양한 레이어의 두께에 따라, 이들 라미네이트의 총 두께는 약 0.003"일 수 있는데, 적어도 몇몇 실시형태에 대해서는 약 0.001 내지 0.015"의 범위를 갖는다. 대안적으로, 소망하는 애플리케이션 및 품질에 따라, 더 많은 또는 더 적은 레이어를 비롯한, 상이한 기재 구성이 또한 활용될 수 있다.
본원에서 설명되는 다양한 전도성 잉크는 탄소, 은, 금, 니켈, 은 코팅된 구리, 구리, 염화은, 아연 및/또는 이들의 혼합물과 같은 많은 타입의 전도성 재료에 기초할 수 있다. 예를 들면, 전도성 및 유연성 측면에서 유용한 특성을 나타내는 하나의 이러한 재료는 은 잉크이다. 또한, 인쇄 회로부의 일부일 수도 있는 다양한 회로, 전기적 통로, 안테나, 등등은, 폴리에스테르 기재와 같은, 중합체 상에 라미네이팅되는 알루미늄, 구리 또는 유사한 타입의 금속 포일을 에칭하는 것에 의해 제조될 수 있다. 이것은, 이들이 에칭되든 또는 인쇄되든 간에, 다양한 타입(사이즈 및 빈도)의 경로 및/또는 안테나를 구비하게 행해질 수 있다.
얇은 인쇄된 가요성 전기화학 전지는, 인쇄된 캐소드 집전체(예를 들면, 고도로 전도성인 탄소 캐소드 집전체) 상에 퇴적되는 인쇄된 캐소드를 포함하는데, 인쇄된 또는 포일 스트립 애노드는 캐소드에 인접하게 배치된다. 이 타입의 전기화학 전지/배터리는, 함께 계류 중인 2005년 4월 20일자로 출원되고 현재 특허 번호 제8,722,235호로 발행되어 있는 미국 특허 출원 제11/110,202호, 2006년 4월 24일자로 출원되고 현재 특허 번호 제8,722,233호로 발행되어 있는 미국 특허 출원 제11/379,816호, 2010년 6월 21일자로 출원되고 현재 특허 번호 제8,574,754호로 발행되어 있는 미국 특허 출원 제12/809,844호, 2011년 3월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/075,620호(포기), 2012년 9월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/625,366호, 및 2013년 5월 21일자로 출원되고 현재 특허 번호 제8,765,284호로 발행되어 있는 미국 특허 출원 제13/899,291호뿐만 아니라, 발행된 미국 특허 제8,029,927호, 제8,268,475호, 제8,441,411호에서 설명되는데, 이들 특허 문헌의 개시는 참조에 의해 본원에 통합된다. 전기화학 전지/배터리는 또한 애노드 및 캐소드의 전부 또는 일부를 덮는 세퍼레이터(separator) 상으로 분배되는 점성의 또는 겔화된(gelled) 전해질을 포함할 수 있으며, 그 다음, 상부 라미네이트가 픽쳐 프레임 위에 밀봉될 수 있다. 이 타입의 전기화학 전지는 인쇄에 의해(예를 들면, 인쇄기 사용을 통해) 쉽게 만들어질 수 있도록 설계되었으며, 예를 들면, 전지/배터리가 전자 애플리케이션과 직접적으로 통합되는 것을 허용한다.
이제 도 5 내지 도 8을 참조하면, 전류를 생성하기 위한 가요성 배터리가 다양한 상세도에서 도시되어 있다. 명시적으로 언급되지는 않았지만, 가요성 배터리는 본원에서 설명되는 배터리 구조체 또는 방법론 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전지를 포함하는 가요성 배터리는 단일 기재의 단일 면 상에 인쇄된다(명확성을 위해 상부 기재는 도 5에서 도시되지 않음). 기재의 한 면 상에 배터리를 인쇄하는 것이 더 비용 효율적일지라도, 배터리의 다양한 부분이 기재의 대향 면에 인쇄될 수 있다는 것이 이해된다. 추가적으로, 전지가 각 엘리먼트에 대한 인쇄 프로세스를 사용하여 형성될 수 있지만, 엘리먼트 중 일부 또는 전부는, 라미네이트, 접착제, 재료 스트립, 등등과 같은 비 인쇄 프로세스를 통해 제공될 수 있다.
배터리는, 인쇄된 캐소드 집전체(예를 들면, 고도로 전도성이 있는 탄소 캐소드 집전체) 상에 퇴적되는 인쇄된 캐소드를 포함하며 인쇄된 또는 포일 스트립 애노드가 캐소드에 인접하게 배치되는 얇은 인쇄된 가요성 전기화학 전지를 포함하는데, 얇은 인쇄된 가요성 전기화학 전지는 옵션적인 밀봉된 "픽쳐 프레임" 구조체를 포함할 수도 있다. 전기화학 전지/배터리는 또한, 애노드 및 캐소드의 전부 또는 일부를 덮는 세퍼레이터 상으로 분배되는 점성의 또는 겔화된 전해질을 포함할 수 있으며, 그 다음, 상부 라미네이트가 픽쳐 프레임 위에 밀봉될 수 있다. 이 타입의 전기화학 전지는 인쇄에 의해(예를 들면, 인쇄기 사용을 통해) 쉽게 만들어질 수 있도록 설계되었으며, 예를 들면, 전지/배터리가 전자 애플리케이션과 직접적으로 통합되는 것을 허용한다.
본원의 전자장치 인레이(30)에서 사용하기 위한 하나의 가요성의 인쇄된 배터리(32)가, 완성된 단위 전지(200)의 실시형태를 평면도 및 단면도로 도시하는 도 5 내지 도 8에 의해 더 설명된다. 전지(200)는 상부 라미네이트 필름 기재(112), 하부 라미네이트 필름 기재(111), 및 양의 콘택(positive contact; 140) 및 음의 콘택(negative contact; 250)을 구비하는 확장 영역(180)을 포함한다. 보다 명확하게 하기 위해, 비록 도 6에서는 상부 라미네이트(112)가 도시되지만, 도 5의 전지(200)는 상부 라미네이트(112) 없이 도시된다. 양 및 음의 콘택(140, 250)은 패치의 전자장치 인레이에 연결하기 위해 전기화학 전지 외부로 노출된다. 양 및 음의 콘택(140, 250) 중 하나 또는 둘 모두는, 인쇄된 은 잉크 또는 등등과 같은, 인쇄된 또는 라미네이팅된 전도성 레이어를 상부에 구비할 수도 있거나, 또는 전자장치 인레이에 대한 커플링 또는 전자장치 인레이로의 전기 전도를 용이하게 하는 다른 레이어(들)를 포함할 수도 있다. 양 및 음의 콘택(140, 250)은, 가요성 회로(34)의 대응 배터리 전극(33A, 33B)에 전기적으로 커플링되는 배터리 콘택 패드(35A, 35B)와 동일하거나, 또는 심지어 상이할 수도 있다.
추가적으로, 전지(200)는, 전해질을 통해 상호 작용하여 전류를 생성할 수 있는 상이한 조성의 전기화학 레이어로 각각 구성되는 캐소드 레이어(130) 및 애노드 레이어(116)를 포함한다. 다양한 예에서, 가요성 배터리는 하부 라미네이트 기재(111) 상에 직접 또는 간접적으로 제조(즉, 인쇄)될 수 있거나, 또는 심지어 (전체적으로 또는 부분적으로) 개별적으로 제조될 수 있고 그 다음 하부 라미네이트 기재(111)에 직접 또는 간접적으로 부착될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 하부 라미네이트 기재(111)는 라미네이트 필름이다. 가요성 배터리는, 상기 하부 라미네이트 기재(111)에 연결되며 하부 라미네이트 기재(111) 위에서 피복 관계로 배치되는 상부 라미네이트(112)를 더 포함한다. 제2 상부 라미네이트(112)는 또한 단일의 또는 다중 레이어 라미네이트 필름일 수 있다. 상부 라미네이트(112)는 배터리의 상부 레이어로서 사용될 수 있고, 및/또는 전기화학 전지의 일부 또는 모든 엘리먼트는 상부 라미네이트(112) 상에 있을 수 있거나 또는 상부 라미네이트(112)를 통합할 수 있다는 것이 고려된다.
하부 및/또는 상부 라미네이트 기재(111, 112)는 복수의 라미네이팅된 레이어를 포함하는 재료일 수 있다. 복수의 라미네이팅된 레이어는, 본원에서 설명되는 임의의 것과 같은, 통합 배리어 및/또는 열 밀봉 레이어를 갖는 구조체 레이어를 포함할 수 있다. 복수의 라미네이팅된 레이어는, 중합체 필름 및/또는 열 밀봉 코팅을 포함하는 내부 레이어, 고수분(high-moisture) 배리어 레이어, 상기 내부 레이어를 상기 고수분 배리어 레이어에 연결하기 위한 제1 접착제 레이어, 배향된 폴리에스테르를 포함하는 외부 구조체 레이어 및/또는 상기 고수분 레이어를 상기 외부 구조체 레이어에 연결하기 위한 제2 접착제 레이어 중 임의의 것 또는 전체를 포함할 수 있다. 고수분 배리어 레이어는, 습기에 대해 배터리를 비기밀로(non-hermetically) 밀봉하는 산화물 코팅된 수분 배리어 레이어를 포함할 수 있으며, 금속 포일 레이어를 포함하지 않을 수도 있다. 복수의 라미네이팅된 레이어는 옵션적으로 금속화된 레이어를 포함할 수 있다.
추가적으로, 전류 집전체 레이어는 전기화학 전지의 캐소드 및 애노드 각각의 아래에 제공될 수 있다. 전류 집전체 레이어는, 건조된 또는 경화된 잉크(예를 들면, 인쇄됨)를 통해 제공될 수 있거나, 또는 라미네이트, 접착제, 재료의 스트립, 등등과 같은 비인쇄 프로세스(non-printed process)를 통해 제공될 수 있다. 실제로, 전류 집전체, 애노드 및 캐소드 모두는 경화되거나 또는 건조된 잉크로서 제공될 수 있다. 일반적으로, 전류 집전체 레이어는 애노드 및 캐소드와는 상이한 물질로 제공된다. 추가적인 전류 집전체가 나머지 캐소드 및 애노드 아래에 제공될 수 있다. 각각의 전지의 애노드 및 캐소드는, 각각의 캐소드 집전체 및/또는 애노드 집전체 상에 각각 인쇄될 수 있다. 비록 전류 집전체 중 임의의 것 또는 모두가 옵션적인 중간 레이어 상부 상에 제공될 수 있지만, 전류 집전체 중 임의의 것 또는 모두는, 동일한 인쇄 스테이션에서, 하부 라미네이트 기재(111) 상으로 직접적으로 제공될 수 있다는 것이 고려된다.
예를 들면, 캐소드 레이어(130)를 도포하기 이전에, 하부 라미네이트 기재(111) 상에 고전도성 카본의 캐소드 집전체(131)가 인쇄되는데, 이들 중 임의의 것 또는 전체는 레이어로서 제공될 수 있다. 옵션적으로, 유사한 애노드 집전체 레이어가 애노드 아래에 또한 제공될 수 있다. 각각의 단위 전지의 애노드 및 캐소드는 동일 평면 배치로 인쇄될 수 있다. 애노드 및 캐소드는 경화되거나 건조된 잉크로 구성될 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 캐소드 집전체(131)의 대면적 부분 상에, 이산화망간, 탄소(예를 들면, 흑연)와 같은 전도체, 바인더 및 물을 포함하는 잉크를 사용하여 캐소드 레이어(130)가 인쇄된다. 다양한 다른 예에서, 캐소드는, 이산화망간, 탄소, NiOOH, 은 산화물(Ag2O 및/또는 AgO), HgO, 공기 전지(air cell)의 형태의 산소(O2), 및 바나듐 산화물(VO2) 중 하나 이상을 포함하는 잉크를 사용하여 인쇄될 수 있다. 애노드 레이어(116)는 도면에 도시되는 바와 같이 전도성 아연 잉크로서 인쇄될 수 있거나, 또는 아연 포일(116) PSA(260) 라미네이트로서 제공될 수 있는데, 이들 중 어느 하나는 약 0.20"의 폭 및 약 0.002"(0.001" 내지 0.010") 두께로 만들어질 수 있다. 다양한 다른 예에서, 애노드는 아연, 니켈, 카드뮴, AB2 및 AB3 타입의 금속 수소화물, 철 및 FeS2 중 하나 이상을 포함하는 잉크를 사용하여 인쇄될 수 있다. 여전히, 애노드 및/또는 캐소드는, 라미네이트, 접착제, 재료의 스트립, 등등과 같은 비인쇄 프로세스를 통해 제공될 수 있다. 대안적인 예에서, 애노드는 아연 포일 PSA 라미네이트로서 제공될 수 있는데, 그 중 어느 하나는 전지의 기하학적 구조에 정합하는 대응하는 기하학적 구조 및 약 0.002"(0.001" 내지 0.010")의 두께를 가지고 만들어질 수 있다.
전극 레이어(애노드 레이어(116) 및 캐소드 레이어(130))가 제자리에 있게 된 후에, 옵션적인 "픽쳐 프레임"(113)이 스페이서로서 전극 주위에 배치될 수 있다. 하나의 방법은, 예를 들면, 경화 또는 건조된 접착성 잉크와 같은 유전체 잉크로 이 전지 픽쳐 프레임을 인쇄하는 것이다. 다른 방법은, 스탬핑된, 다이 커팅된, 레이저 커팅된 중합체 시트를 활용하거나 또는 각각의 단위 전지의 재료를 수용하기 위한 적절한 "포켓"(내부 공간 또는 공간들)을 형성하는 유사한 방법을 활용하는 것이다. 여기서 논의되는 단순화된 구성에서, 픽쳐 프레임은 중간에 폴리에스테르 또는 폴리염화비닐(PVC), 등등과 같은 다이 커팅 중합체 라미네이트 시트를 포함할 수 있으며, 이형 라이너를 갖는 감압 접착제의 두 개의 외부 레이어(예를 들면, 상부 표면 및 바닥 표면)를 갖는다. 상부 PSA 레이어는 상부 라미네이트 기재를 픽쳐 프레임에 접착 및 밀봉하고, 하부 PSA 레이어는 하부 라미네이트 기재를 픽쳐 프레임에 접착 및 밀봉하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 픽쳐 프레임은 상기에서 설명된 프레임의 형상으로 제공되는 인쇄된 또는 적층된 접착제에 의해 대체될 수 있다.
도시된 예에서, 옵션적인 픽쳐 프레임(113)은 폴리에스테르 또는 폴리염화비닐(PVC) 등등과 같은 다이 커팅 중합체 라미네이트 시트를 포함할 수 있고, 감압 접착제의 두 개의 레이어(상부 표면 상의 118 및 하부 표면 상의 117)를 더 구비할 수 있다. 상부 감압 접착제(PSA) 레이어(118)는 상부 라미네이트 기재(112)를 픽쳐 프레임(113)에 밀봉하고 하부 PSA 레이어(117)는 하부 라미네이트 기재(111)를 픽쳐 프레임(113)에 밀봉하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 스탬핑된 프레임이 사용될 때, 각각의 "픽쳐 프레임"은 약 0.010"(약 0.005" 내지 0.50")의 총 두께(라이너의 두께 제외)를 갖는다. 애노드와 캐소드가 프레임 내에서 중심에 오도록 바닥 이형 라이너를 제거한 이후 "픽쳐 프레임"은 바닥 라미네이트 구조체 상에 배치될 수 있다. 인쇄된 프레임이 사용되는 경우, 이들은 일반적으로 약 0.002"(약 0.0005" 내지 0.005")의 두께로 훨씬 더 얇다. 몇몇 경우에, 누설없는 구성을 보장하기 위해, 픽쳐 프레임 아래에 있는 영역에서, 애노드 레이어의 상부 및 캐소드 집전체의 상부에 밀봉 및/또는 코킹 접착제, 열 감지 밀봉제, 및/또는 양면 PSA 테이프가 배치 및/또는 인쇄될 수 있다. 밀봉 접착제는 또한, 픽쳐 프레임의 나머지 부분 아래에 제공될 수 있다. 도시된 예에서, 픽쳐 프레임은, 전극이 프레임 내에서 중심에 위치하도록 하부 이형 라이너를 제거한 후에 하부 라미네이트 기재(111) 상에 배치될 수 있다. 몇몇 경우에, 누설없는 구성을 보장하기 위해, 픽쳐 프레임(113) 아래에 있는 영역에서, 애노드(116)의 상부 및 캐소드 집전체 레이어(131)의 상부에 밀봉 및/또는 코킹 접착제, 열 감지 밀봉제, 및/또는 양면 PSA 테이프(253)가 배치 및/또는 인쇄될 수 있다. 밀봉 접착제(253)는 또한, 옵션적인 픽쳐 프레임(113)의 나머지 부분 아래에 제공될 수 있다. 다양한 도시된 예에서, "픽쳐 프레임"은, 일반적으로 배터리의 전체 기하학적 구조에 대응하는 외부 기하학적 구조, 및 일반적으로 각각의 전기화학 전지에 대한 내부 공간을 제공하는 내부 영역을 구비할 수 있다.
전기화학 전지의 애노드 및 캐소드는 전해질을 통해 상호 작용하여 전류를 생성한다. 전해질은 다음, 즉 염화아연, 염화암모늄, 아세트산 아연, 브롬화아연, 요오드화아연, 타르타르산 아연, 과염소산 아연, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 액체 전해질 레이어는, 폴리비닐 알코올, 전분, 변성 전분, 에틸 및 하이드록실-에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리아크릴아미드 중 하나 이상을 포함하는 중합체 증점제(polymeric thickener)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 전해질 레이어는 흡수성 종이 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 전해질은 점성의 또는 겔화된 전해질이다. 전해질이 겔화된 코팅의 일부가 아닌 경우, 전지 전해질(120)은, 전극 둘 다를 피복하는 또는 부분적으로 피복하는 "종이 세퍼레이터"(126)(명확성을 위해 도 5에 도시되지 않음, 도 6 참조)와 같은 흡수성 재료로 제공된다. 전해질은 약 0.6% 레벨(약 0.1% 내지 2%)에서 카르복시메틸셀룰로스(carboxymethylcellulose; CMC) 또는 다른 유사한 재료와 같은, 증점제를 또한 함유할 수 있는 약 27%(약 23% 내지 43%) 중량%의 ZnCl2 수용액일 수 있다. 전해질 중 임의의 것은 전기화학 전지에서의 가스 발생을 방지 또는 감소시키기 위한 첨가제를 포함할 수 있다(예를 들면, 전지에서 수소 가스의 발생을 방지하거나 또는 감소시킴).
전지는 PSA를 사용하여 및/또는 가열 밀봉(heat seal)을 사용하여 상부 라미네이트(112)를 픽쳐 프레임 위에 도포 및 밀봉하는 것에 의해 완성된다. 상부 라미네이트 기재(112)는, 전기화학 전지가 밀봉되도록 액체 전해질을 함유하기 위해, 하부 라미네이트 기재(112)에 연결된다. 존재한다면, 상부 라미네이트 기재(112)는 옵션적인 픽쳐 프레임 위에 밀봉될 수 있다. 상부 라미네이트 기재(112)를 도포하기 전에, 이형 라이너가, 만약 있다면(도시되지 않음), 옵션적인 픽쳐 프레임의 상부의 접착제 레이어로부터 제거된다. 다른 예에서, 인쇄된 접착제는 상부 및 하부 라미네이트 기재(111, 112)를 연결하는데 사용될 수 있다. 추가적으로, 인쇄된 접착제는 애노드 및/또는 캐소드 레이어의 적어도 일부 위에서 연장하여 애노드 및/또는 캐소드 레이어의 적어도 일부를 덮을 수도 있다. 다른 예에서, 상부 및 하부 라미네이트 기재(111, 112)는 중간 접착제 또는 픽쳐 프레임 없이 서로 직접적으로 연결될 수 있다. 픽쳐 프레임이 활용되지 않는 경우, 상부 라미네이트 기재(112)는 액체 전해질을 함유하는 내부 공간을 형성하도록 하부 라미네이트 기재(111)에 연결되는 것이 또한 고려된다.
상부 라미네이트 기재(112)가 하부 라미네이트 기재(111) 위에 밀봉되면, 외부 밀봉 영역이 형성된다. 밀봉 영역은 액체 전극이 각각의 전지에서 새어 나가는 것을 막는다, 예컨대 방지한다. 밀봉 영역의 너비는 배터리의 전체 사이즈 및 기하학적 구조에 따라 다를 수 있다. 하나의 예에서, 밀봉 영역은 약 0.075 인치의 최소 폭을 가질 수 있다. 최대 너비는 다양한 배터리에 따라 다를 수 있으며, 0.250 인치 또는 그 이상이 될 수 있다. 동일한 기하학적 구조를 가진 이 배터리 구성은 시판되는 파우치 충전기(pouch filling machine)로 프레임 없이 대량으로 만들어질 수 있다. 밀봉 영역은 각각의 전지의 둘레 주위에서 실질적으로 동일할 수도 있거나, 또는 소망하는 대로 각각의 전지의 둘레를 따라 상이할 수도 있다.
본원에서 설명되는 배터리는 동일 평면의 구성을 갖는다. 동일 평면의 구성은, 제조가 쉽고, 일관성 있고, 신뢰성 있는 성능을 제공하며, 전지/배터리의 동일 면 상에 콘택을 갖는다는 점에서, 여러가지 장점을 제공한다. 일반적으로, 본원에서 설명되는 전기화학 전지 각각은 약 1.5 볼트를 제공할 수 있다. 그러나, 더 높은 전압 및/또는 높은 용량이 요구되는 경우 다수의 전기화학 전지가 전기적으로 함께 커플링될 수 있다. 예를 들면, 상이한 전압을 갖는 단위 전지를 사용하는 것에 의해 및/또는 상이한 수의 전지를 직렬로 및/또는 병렬로 함께 결합하는 것에 의해 다른 전압 및/또는 전류가 획득될 수 있지만, 두 개의 1.5V 단위 전지를 직렬로 연결하는 것에 의해 3V 배터리가 획득된다. 다른 전기화학 시스템은 다른 배터리 구성에 맞게 커스터마이징될 수 있다. 바람직하게는, 보다 높은 전압을 획득하기 위해 상이한 전지가 사용되는 경우, 각각의 배터리에서의 모든 전지는 동일한 전기화학 시스템을 가져야 한다. 따라서, 더 큰 전압을 사용하는 애플리케이션은 단위 전지를 직렬로 연결할 수 있지만, 반면 더 큰 전류 및/또는 용량을 필요로 하는 애플리케이션에서는, 단위 전지는 병렬로 연결될 수 있고, 둘 다 사용하는 애플리케이션은, 직렬로 연결된 여러 그룹의 전지를 추가적으로 병렬로 연결하여 활용할 수 있다. 따라서, 상이한 전압 및 전류를 사용하는 다양한 애플리케이션이 다양한 단위 전지 및/또는 배터리 구성을 사용하여 지원될 수 있다.
배터리의 예시적인 제조 방식이 이제 설명될 것이다. 나중에 다수의 전지를 서로 연결하는 어려움을 피하기 위해, 모든 전지를 비롯한, 전체 배터리를 단일 인쇄 프로세스로 인쇄하는 것이 유용할 수 있다. 인쇄 프로세스는 부분적으로 또는 완전히 자동화될 수 있으며, 개별 시트 또는 롤투롤(roll-to-roll) 프로세스를 활용할 수도 있다. 개별 배터리는 사용을 위해 캐리어에서 분리될 수 있다.
전지/배터리의 제조 프로세스를 보다 효율적으로 만들기 위해 및/또는 더 큰 규모의 경제를 달성하기 위해, 전지/배터리는 릴투릴(reel-to-reel) 프린팅 프로세스에서 일반적으로 연속적인 웹을 사용하여 제조되어 높은 속도와 저렴한 비용에서 제품을 제공할 수 있다. 예시적인 제조 프로시져는 다음 단락에서 설명된다. 이 예시적인 프로시져에서, 전지/배터리는 롤투롤 설정을 실행하는 고속 인쇄기와 호환되는 수많은 스테이션을 통해 진행한다. 본원에서 추가로 설명되지는 않았지만, 프로세싱 및 조립은 가요성 배터리 또는, 예컨대 전기 컴포넌트, 등등을 사용하여 배터리에 의해 전력을 공급받는 그 엘리먼트의 제조와 통합될 수 있다.
이용 가능한 인쇄기에 따르면, 전지는, 예를 들면, 주어진 인쇄기에서 1회 패스(pass) 또는 다중 패스로 제조될 수 있다. 예로서, 웹 상의 개별 전지의 두 개의 행; 그러나, 행의 수는 인쇄기가 처리할 수 있는 최대 웹 폭 및 단위 전지의 사이즈에만 제한된다. 수많은 단계가 있을 수 있고, 그에 의해 길고 복잡한 인쇄기를 활용할 가능성이 있기 때문에, 이들 단계 중 일부뿐만 아니라, 재료 중 일부는 수정될 수 있고 및/또는 인쇄기의 다수의 패스 또는 다수의 인쇄기가 사용될 수 있다. 초기 논의가 완료된 이후, 일부 수정된 프로세스 요약이 제시될 것이다. 또한, 인쇄 단계 중 임의의 것 또는 전체는 스크린 인쇄에 의해, 예컨대 플랫 베드 스크린 또는 심지어 회전식 스크린 스테이션에 의해 수행될 수 있다. 추가적으로, 기술 분야에서 숙련된 자는 5개보다 많은 스테이션을 갖는 하나의 인쇄기가 발견하기가 및/또는 작동하기가 어려울 수 있고, 따라서 프로세스의 다음 논의는 하나 이상의 인쇄기 또는 심지어 하나의 인쇄기를 통한 다수의 패스에 대해서 발생할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
제조 동안, 다양한 옵션적인 동작이 발생할 수도 있거나 또는 발생하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 옵션적인 동작은 웹의 열적 안정화 및 그래픽 인쇄(로고, 콘택 극성, 인쇄 코드 및 웹 외부 표면 상의 레지스트레이션 마크의 추가를 포함할 수 있다) 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 이러한 옵션적 인쇄 동작이 웹 상에서 발생하면, 웹은 뒤집어질 수 있고 기능성 잉크가 내부 표면(즉, 열 밀봉 레이어) 상에 인쇄될 수 있다.
기술 분야에서 숙련된 자는 사용될 수 있는 많은 방법, 재료 및 동작의 시퀀스가 존재한다는 것, 및 더 많은 또는 더 적은, 유사한 또는 상이한 수의 스테이션이 또한 활용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 그럼에도 불구하고, 다음의 프로세스는 다양한 다른 집적된 전기 디바이스의 제조에 대해 또한 활용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 명확화의 목적을 위해, 배터리의 단지 하나의 열(column)만이 설명될 것이고 예시될 것인데, 그러한 설명은 다른 열에도 마찬가지로 적용될 수 있다는 이해를 수반한다. 또한, 다음의 엘리먼트 중 임의의 것 또는 전부는 본 문서 전반에 걸쳐 설명되는 다양한 재료, 화학적 조성, 등등 중 임의의 것을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 추가적으로, 다양한 단계는 예시적인 단계일 뿐인 것으로 의도되며, 단계는, 본원에서 논의되는 바와 같이, 다양한 다른 단계, 대안적인 단계, 등등을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본원에서 논의되는 바와 같이, 기재 중 임의의 것 또는 모두는 "릴투릴" 스타일 제조 프로세스를 통해 프로세싱될 수 있는 일반적으로 연속적인 웹으로서 제공될 수 있다. 예를 들면, 소스 롤(source roll) 또는 등등일 수 있는 소스 스테이션으로부터 제1 기재가 일반적으로 연속적인 웹으로서 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 캐소드 및 애노드 집전체, 캐소드 레이어, 애노드 레이어, 콘택, 선택 프레임, 옵션적인 인쇄 회로, 등등을 제공하는 단계와 같은 다양한 프로세싱 단계 중 일부 또는 전부는, 인쇄 스테이션, 또는 심지어 다수의 인쇄 및/또는 변환 스테이션을 통해 일반적으로 연속적인 웹을 통과하는 것에 의해 수행될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 프로세스는 다중 패스에서 인쇄 스테이션을 통해 웹을 통과하도록 적응될 수 있다. 마지막으로, 일반적으로 연속적인 웹 상의 완성된 배터리는, 수집 롤(collection roll)을 포함할 수 있는 테이크 업(take-up) 스테이션에서 수집될 수 있다. 대안적으로, 완성된 배터리는 시트당 20개 이상의 배터리와 같은 복수의 배터리를 갖는 편평한 시트 상에서 제공될 수 있다.
제조 프로세스는 다양한 다른 스테이지, 단계, 등등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 인쇄 스테이션 이전에 또는 이후에, 웹은 다양한 전기 컴포넌트가 제공될 수 있는 보조 스테이션을 통과할 수 있다. 또한, 다양한 레이어, 기재, 등등 중 임의의 것 또는 모두는 프로세스를 따라 보조(supplemental) 롤에 의해 제공될 수 있다. 예를 들면, 추가적인 기재(즉, 스페이서 레이어)는 보조 웹을 통해 보조 롤에 의해 제공될 수 있다. 인쇄 스테이션의 시작 근처인 것으로 설명되지만, 보조 웹 중 임의의 것 또는 모두는 제조 프로세스를 따라 다양한 위치에 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이형 레이어 또는 등등과 같은 폐기 재료는, 폐기 웹으로서 제거될 수 있고 폐기 롤 또는 등등에 의해 테이크 업될(taken-up) 수 있다. 다양한 다른 전처리 및/또는 후처리 스테이션, 단계, 등등이 또한 포함될 수 있다. 설명된 프로세스의 다양한 스테이션, 롤, 등등은 다양한 순서로 활용될 수 있으며, 시트 이송 또는 릴투릴 프로세스를 용이하게하기 위해, 추가적인 기기(예를 들면, 아이들러 롤러, 인장 롤러, 턴 바, 슬릿 또는 천공기, 등등)가 심지어 제공될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
완성된 배터리 전지 및 전기 컴포넌트에 추가적인 구조, 피쳐, 등등을 제공하기 위해, 다양한 다른 추가적인 단계가 활용될 수 있다. 하나의 예에서, 제1 또는 제2 기재 중 어느 하나 또는 둘 모두와 같은, 디바이스의 외부 부분은 배터리 전지를 다른 오브젝트, 표면, 등등에 부착시키는 방법으로 마련될 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 배터리(32)는, 배터리 전극(33A, 33B)과 배터리 콘택 패드(35A, 35B) 사이의 전도성 패드에 의해, 예컨대 그 전도성 패드를 통해 회로(34)에 기계적으로 그리고 전기적으로 커플링될 수 있다. 다른 예에서, 기재(들)는 초음파 용접, 감압 접착제, 다른 접착제 레이어, 후크 앤드 루프 스타일 패스너(hook-and-loop style fastener), 액체 또는 핫멜트 접착제, 등등을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 제1 또는 제2 기재 중 어느 하나 또는 둘 다와 같은, 배터리 전지의 외부 부분은 인쇄된 표식 또는 심지어 라벨 또는 등등을 구비할 수 있다.
이제 도 9를 참조하면, 소프트웨어 애플리케이션의 기능성이 보다 상세하게 설명될 것이다. 컴퓨팅 디바이스(14)는, 패치(10) 상에서 인에이블되는 경우 양방향 통신을 사용할 수 있지만, 적어도 일방향 통신(즉, 패치(10)로부터 데이터 통신을 수신함)을 통해 패치(10)와 인터페이싱하도록 구성되는 소프트웨어 애플리케이션을 구동할 수 있는 마이크로프로세서를 포함하는 것이 고려된다. 컴퓨팅 디바이스(14)는 온도 데이터포인트 및 다른 정보를 유저에게 그래픽적으로 나타내는 디스플레이를 포함한다. 도시되는 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스(14)의 디스플레이 상에서 실행하는 소프트웨어 애플리케이션(300)의 하나의 예시적인 시각적 디스플레이가 예시된다. 특정한 방식으로 도시되지만, 소프트웨어 분야에서 알려져 있는 바와 같이, 소프트웨어 애플리케이션(300)의 그래픽 디스플레이는 많은 구성으로 다양하게 나타날 수 있다는 것이 이해된다.
동작에서, 소프트웨어 애플리케이션(300)은 패치(10)가 처음으로 사용될 때 컴퓨팅 디바이스(14)로부터, 다음, 즉 고온 경계 레벨; 저온 경계 레벨; 온도 판독의 간격; 데이터 로깅을 시작하기 위한 타임 스탬프의 초기화; 및 옵션적으로 전자장치가 성공적으로 개시되었다는 플래그 중 임의의 것 또는 전체를 비롯한, 하나 이상의 초기화 커맨드 또는 조건을 수용할 수 있다. 이러한 초기화 커맨드 또는 조건은 자동, 반자동 또는 수동일 수 있다. 하나의 예에서, 유저는 소망하는 경고 온도를 수동으로 설정할 수 있고, 그 결과, 소프트웨어 애플리케이션(300)이 선택된 경고 온도 이상에서 온도 판독치를 수신하면, 소프트웨어 애플리케이션(300)은 유저에게 적절한 경고(시각적, 청각적, 촉각 경고)를 제공한다. 소프트웨어 애플리케이션(300)은 또한, 유저에 의해 사전 설정되는 전역적(global) 초기화 커맨드 또는 조건을 활용할 수 있고, 그 다음, 후속하여 패치(10)가 활성화되고 추적될 때마다 소프트웨어 애플리케이션(300)에 의해 적용될 수 있다. 양방향 통신이 가능하다면, 패치(10)의 마이크로프로세서는 성공적인 개시를 나타내는 확인 신호 또는 플래그를 외부 컴퓨팅 디바이스(14)에 되전송할 수 있다. 전자장치가 성공적으로 개시되지 않으면, 소프트웨어 애플리케이션(300)은, 패치(10)가 성공적으로 개시될 때까지, 또는 패치(10)가 결함이 있다는 것을 소프트웨어 애플리케이션(300)이 결정할 때까지, 컴퓨팅 디바이스(14)로부터 하나 이상의 재초기화 커맨드를 수용할 수 있다.
일반적으로, 활성화시, 소프트웨어 애플리케이션(300)은, 예컨대 선형 차트, 막대 차트 등등에서, 시간 경과에 따른 환자의 온도 이력(310)을 그래픽적으로 디스플레이한다. 그래픽 온도 이력(310)은 스크롤링 가능하며, 유저가 소망하는 시간 스케일에 걸쳐 감지된 온도 변화를 더 잘 이해하는 것을 허용하도록 동적 확대/축소 성능을 허용할 수 있다. 온도 데이터는 또한 스크롤 가능한 테이블 또는 차트 포맷으로 제시될 수 있으며, 유저는 온 스크린 버튼(320) 또는 등등에 의해 다수의 뷰 사이를 토글할 수 있다. 또한, 유저가 온도 이력(310) 그래프를 확대/축소하거나 또는 스크롤할 때, 그래프의 축(x 축 시간, y 축 온도)은, 특정한 주밍된(zoomed) 또는 스크롤된 뷰에서 도시되는 온도 데이터포인트에 기초하여 보다 관련성이 높은 정보의 뷰를 제시하도록, 동적으로 조정될 수 있다는 것이 고려된다. 추가적으로, 패치(10)가 장시간 동안 사용될 수도 있기 때문에, x축 타임 라인은, 특정한 주밍된 또는 스크롤된 뷰 또는 전체 경과 시간에 기초하여 분 단위로 보여주는 것 또는 시간 단위로 보여주는 것으로 동적으로 조정될 수 있다.
소프트웨어 애플리케이션(300)은 또한, 획득되는 가장 최근의 온도 데이터포인트에 기초하여 환자의 현재 온도(312)를 디스플레이한다. 사전 프로그래밍된 및/또는 조절 가능한 온도 상한 또는 하한을 비롯한, 다른 온도 정보가 제공될 수 있다. 예를 들면, 온도 상한 또는 온도 하한은 시간 경과에 따른 감지된 온도 추세와의 비교를 위해 온도 이력(310) 차트 상에 그래픽적으로 표현될 수 있고, 및/또는 환자의 온도가 특정한 임계 온도에 가까워지거나 또는 초과했다는 것을 경고하기 위한 알람을 설정하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 이러한 알람은 컴퓨팅 디바이스(14)로부터 시각적, 청각적 및/또는 촉각적(예를 들면, 진동) 경고를 트리거하여 유저에게 경고할 수 있다. 하나의 예에서, 현재 온도(312)의 디스플레이는 컬러를 변경할 수 있다(예를 들면, 녹색 = ok, 오렌지 = 주의, 빨간색 = 발열). 다른 예에서, 시각적 경고(330)(정적이거나 또는 깜빡임)가 메인 디스플레이 상에서 나타내어질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 현재 온도가 얼마나 높은지 또는 낮은지에 따라, 점진적으로 증가 또는 감소할 수 있고, 및/또는 컬러를 변화시킬 수 있는 게이지(332)가 현재 온도(312) 디스플레이 주위에 제공될 수 있다. 게이지(332)는, 절대적인 방식으로, 사전 프로그래밍된 방식으로, 또는 심지어 유저 설정 최대 또는 경고 온도가 소프트웨어 애플리케이션(300)에 입력되는 경우 상대적인 방식으로 동작할 수 있다. 대안적으로, 시각적 경고는, 예컨대 그래픽 디스플레이의 상부를 따라, 컴퓨팅 디바이스(14)의 상태 위치에서 나타내어질 수 있다. 따라서, 유저가 소프트웨어 애플리케이션(300)을 능동적으로 보고 있지 않더라도, 그것은 여전히 백그라운드에서 동작할 수 있고(어쩌면 온도 데이터를 여전히 수집할 수 있음), 적절한 경우에, 경고(330)를 발행할 수 있다.
소프트웨어 애플리케이션(300)은 또한, 패치(10)가 활성화되었던 시간, 패치(10)가 비활성화되었거나 송신이 중단되었던 시간, 그 사이의 지연 시간, 및/또는 패치(10)와 통신이 발생했던 마지막 시간 중 임의의 것 또는 전체와 같은 시간 데이터(314)를 디스플레이할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 시간 데이터(314)는 또한, 이용 가능한 배터리 전력이 고갈되기 전에 패치(10)에 대해 남은 동작 시간의 실제 또는 추정된 양을 디스플레이할 수 있다. 패치(10)에 대해 남은 동작 시간의 양은, 패치(10)에 의해 송신되는 배터리의 감지된 전압 또는 등등에 기초한 실제 시간 양일 수 있는데, 실제 시간 양은, 초기 전압, 배터리 용량, 온도 판독 간격, 통신 간격, 등등에 기초하여 배터리의 알려진 전력 인출량과 상관될 수 있다. 대안적으로, 패치(10)에 대해 남은 동작 시간의 양은, 패치(10)에 대한 공지된 시작 시간 및 공지된 예상 동작 시간(예를 들면, 12, 16 또는 24 시간)에 기초하여 추정된 시간일 수 있다. 추정된 동작 시간은, 배터리의 미리 결정된 지식에 기초하여 소프트웨어 애플리케이션(300)에 의해, 및/또는 심지어 소정의 동적 변수, 예컨대 온도 판독 간격, 통신 간격, 등등에 의해 조정될 수 있다.
소프트웨어 애플리케이션(300)은 또한, 패치(10)의 상태와 관련되는 보조 정보(316), 예컨대 검출되는 평균 온도, 검출되는 최대 온도, 검출되는 최소 온도, 획득되는 온도 데이터포인트의 수, 등등 중 임의의 것 또는 전체를 디스플레이할 수 있다. 이 데이터 중 일부 또는 전부는 최종 유저에게 가시적으로 되거나, 또는 선택적으로 숨겨질 수 있다. 평균, 최대 및 최소 온도 중 일부 또는 전부는 수집된 온도 데이터포인트 중 일부 또는 전부와 같은 일부분에 기초할 수 있다는 것이 고려된다. 하나의 예에서, 평균, 최대 및 최소 온도 중 임의의 것 또는 모두는, 온도 이력(310) 또는 연관된 테이블 데이터에서 나타내어지는 확대/축소된 또는 스크롤된 뷰와 같은, 유저 선택 데이터에 기초하여 동적으로 나타내어질 수 있다. 높아진 온도(예를 들면, 100℉) 또는 발열(fever) 온도(예를 들면, 102℉)를 나타내기 위한 온도와 같은 온도 트리거도 또한 사전 프로그래밍될 수 있거나 또는 심지어 유저가 프로그래밍할 수 있다. 검출되는 최대 온도, 검출되는 최소 온도 및/또는 다른 소망하는 값의 그래픽 표현이 도시될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 소프트웨어 애플리케이션(300)은, 화씨 또는 섭씨 단위(또는 소망에 따라 다른 온도 단위)로 온도 데이터포인트를 동적으로 조정하고 디스플레이할 수 있는 온도 단위 스위치와 같은, 데이터의 디스플레이를 조정하기 위한 옵션적인 피쳐(324)를 포함할 수 있다.
소프트웨어 애플리케이션(300)은 또한, 하나 이상의 메모(note)를 사용하여 온도 이력(310) 차트에 주석을 달 수 있는 능력을 제공할 수 있다. 예를 들면, 소프트웨어 애플리케이션(300)은 특정한 시간 및/또는 온도 판독시에 디스플레이되는 온도 이력(310) 차트 상에 주석(340)을 제공할 수 있다. 도시된 예에서, 주석(340)은 약 오전 11시에서 디스플레이된다. 주석(340)은 자동, 반자동 또는 수동 피쳐로서 제공될 수 있다. 소프트웨어 애플리케이션(300)은, 유저가 자동 및/또는 유저 제공 정보를 사용하여 차트에 수동으로 주석을 다는 것을 가능하게 하는 "메모 추가(Add a Note)" 버튼(342)을 제공할 수 있다. 주석(340)은, 패치 착용자에게 약물이 투여되었던, 또는 패치 착용자가 수면을 취했던 시간과 같은 특정한 이벤트를 유저에게 상기시키는데 유용할 수 있다. 예컨대 약물이 그 후 패치 착용자의 체온을 줄이는데 도움이 되었다면, 메모는, 나중에 유저가 패치 착용자의 결과 또는 효과를 이해하는데 도움이 될 수 있다. 도시된 예에서, 유저는 "메모 추가" 버튼(342)을 누를 수 있는데, 이렇게 하는 것은 그 특정한 시간에서의 온도 이력(310) 차트 상에 주석(340)을 디스플레이할 것이다. 소프트웨어 애플리케이션(300)은 수동 메모의 입력을 가능하게 할 수 있는 텍스트 입력 박스를 유저에게 제시할 수 있다. 그 후, 주석(340)은 유저에 의해 선택될 수 있고 메모를 디스플레이할 것이다. 다수의 메모가 유저에 의해 입력될 수 있고, 각각은 온도 이력 차트(310)를 따라 주석(340)을 디스플레이할 수 있다. 추가적인 피쳐가 제공될 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들면, "메모 추가" 버튼(342)은 시간, 온도, 패치 착용자 이름, 날짜, 최대/최소 온도 등등 중 임의의 것과 같은 데이터를 메모의 텍스트 정보에 자동적으로 추가할 수 있다. 소프트웨어 애플리케이션(300)은 또한, 나중의 시간에 메모를 추가할 수 있는 능력(즉, 날짜 소급(back-date) 피쳐)을 제공할 수 있다. 기본적으로, "메모 추가" 버튼(342)은 그 특정한 시간에 주석(340)을 디스플레이할 수 있지만, 그러나 유저는 시간을 이전 시간으로 변경할 수 있고 주석(340)은 새롭게 선택된 시간에 기록된 적절한 온도를 디스플레이할 수 있고, 유저가 수동 메모를 추가하는 것을 허용할 수 있다. 마지막으로, 소프트웨어 애플리케이션(300)은 추가된 주석(340) 모두와 함께, 나중에 참조하기 위해 유저가 온도 이력(310) 차트를 저장하는 것을 허용할 것이다는 것이 고려된다. 따라서, 상이한 시간에(즉, 아이가 아플 때마다) 다수의 패치(10)를 사용하는 아이가 부모에게 있다면, 부모는 그 아이의 프로파일에 저장된 이전의 온도 이력 차트(310)를 불러 와서 이전 온도 이력 프로파일을 현재 온도 이력 차트에 대조하거나, 또는 아이의 체온에 대한 약물의 과거 효과를 비교할 수 있거나, 등등을 할 수 있다. 실제로, 소프트웨어 애플리케이션(300)은 그래픽 비교를 위해 둘 이상의 온도 이력 차트를 심지어 그래픽적으로 중첩할 수 있다.
소프트웨어 애플리케이션(300)은 또한 다른 추가적인 피쳐를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 패치(10)의 고유의 식별자(UID)(328)가 디스플레이될 수 있다. UID(328)는 실제 텍스트로 디스플레이될 수 있거나, 또는 이해하기 쉬운 별칭(alias)(예를 들면, 환자의 이름 또는 병원 코드)이 패치(10)의 UID에 할당될 수 있다. 유저는 또한 소망하는 대로 UID(328)와 별칭 사이를 토글할 수도 있거나, 또는 이 피쳐는 환자에게 익명성을 제공하도록 심지어 제한될 수 있거나 또는 보호될 수 있다. 마지막으로, 소프트웨어 애플리케이션(300)은 수집된 온도 데이터를 저장 및/또는 송신할 수 있는 능력을 제공할 수 있다. 예를 들면, 후속 검토를 위해 로컬 또는 원격 컴퓨터 저장 메모리에 수집된 데이터포인트(온도 및/또는 시간), 온도 이력(310) 차트, 주석(340), 등등의 부분적인 또는 전체 세트를 저장하기 위해 저장 버튼(322)이 제공될 수 있다. 반복된 유저가 새로운 패치(10)가 사용될 때마다 유저 프로파일(예를 들면, 가족 중 각각의 어린이에 대한 하나의 프로파일)을 설정할 수 있고 그 유저의 데이터를 그 특정 유저 프로파일에 저장할 수 있다는 것이 고려된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 수집된 데이터포인트의 부분적인 또는 완전한 세트를 의사, 병원 또는 다른 개인과 같은 원격 상대(party)에게 송신하도록 전송 버튼(323)이 제공될 수 있다. 저장되는 및/또는 전송되는 데이터는 온도 데이터포인트, 온도 이력(310) 차트, 주석(340), 시간 정보, UID 정보, 등등 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다는 것이 고려된다. 소프트웨어 애플리케이션(300)은, 아플 때마다 패치(10)를 사용할 수 있는 어린이와 같이, 시간에 걸쳐 다수의 패치(10)를 자주 사용하는 환자에 대한 환자 프로파일을 추가로 제공할 수 있다. 따라서, 부모 또는 의사는 비교 및 진단을 가능하게 하기 위해 그 특정 어린이에 대한 과거 체온 정보를 소환할 수 있다. 저장되는 및/또는 전송되는 데이터는 로컬하게 또는 원격으로 암호화되거나 또는 심지어 익명으로 만들어질 수 있다는 것이 추가로 고려된다. 또 다른 피쳐에서, 소프트웨어 애플리케이션(300)은, 패치(10)를 대체하는 것, 패치(10)와 동기화하는 것, 약물을 복용하는 것, 의사에게 데이터를 송신하는 것, 진료를 예약하는 것, 등등과 같은, 유저 또는 환자에 대한 소정의 액션을 취하기 위한 프로그래밍 가능한 또는 미리 결정된 리마인더를 제공할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 다양한 보안 및/또는 프라이버시 레이어가 패치(10) 및 컴퓨팅 디바이스(14) 중 어느 하나 또는 둘 모두에게 제공될 수 있다. 예를 들면, 송수신되는 무선 데이터는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 메커니즘을 통해 패치 및/또는 컴퓨팅 디바이스(14) 상에서 로컬하게 암호화될 수 있다. 패치 및 컴퓨팅 디바이스(14) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 유저 ID 및 패스워드(들)를 활용할 수 있다. 무선 데이터 송신 및/또는 수신은 인증된 페어링된 디바이스로 제한될 수 있고, 및/또는 무선 데이터 송신 범위는 미리 결정된 거리로 인위적으로 제한될 수 있다. 예를 들면, 블루투스 프로토콜을 사용할 때, 각각의 패치(10)는 4자리 패스코드와 같은 미리 결정된 패스코드에 의해 컴퓨팅 디바이스(14)와 페어링되도록 설정될 수 있다. 따라서, 패치(10)를 컴퓨팅 디바이스와 페어링시키기 위해, 유저는 패치와 관련되는 정확한 4자리 패스코드를 입력하도록 요구받을 수 있다. "0000" 또는 등등과 같은 기본 패스코드는 모든 패치(10)에서 사용될 수 있다. 대안적으로, 각각의 패치(10)는, 패치와 함께 제공되는(예를 들면, 인쇄됨, 별도의 인서트 상에서 제공됨, 등등) 고유의 패스코드로 미리 프로그래밍될 수 있다. 따라서, 특정한 패치의 고유의 패스코드를 알고 있는 패치의 유저만이, 패치(10)에 의해 송신되는 데이터를 수신할 컴퓨팅 디바이스와 패치를 페어링할 수 있다. 소프트웨어 애플리케이션(300)은 패스코드 또는 패스워드를 활용하여 앱(app)의 활성화를 가능하게 하거나, 또는 심지어 유저 프로파일마다 패스코드 또는 패스워드를 요구할 수 있다. 대안적으로, Bluetooth 또는 NFC의 보안 프로토콜을 사용하여 다른 무선 연결을 보안 및 부트스트랩할 수 있다. 패치는 무선 데이터 송신 및/또는 수신을 디스에이블하거나 또는 다르게는 제한하기 위한 하드웨어 및/또는 소프트웨어 스위치를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 하드웨어 스위치(예를 들면, 스위치(46))는 패치를 완전히 디스에이블할 수 있다. 다른 예에서, 시간 잠금(time-lock)은 특정한 시간 또는 시간 간격 동안 무선 데이터 전송 및/또는 수신을 제한할 수 있다. 패치로부터 판독되는 데이터는, 소프트웨어 애플리케이션 및/또는 패치(10)의 메모리에서 자동으로 삭제되거나 또는 유지될 수도 있다. 전술한 보안 및/또는 프라이버시 레이어 중 임의의 것 또는 모두는 함께 사용될 수 있고, 추가적인 레이어가 또한 사용될 수 있다.
본 발명은 특정한 예 및 실시형태를 사용하여 본원의 상기에서 설명되었으나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 다양한 대안예가 사용될 수도 있고, 등가의 예가 본원에 설명되는 엘리먼트 및/또는 단계를 대체할 수 있다는 것이 기술 분야에서 숙련된 자에 의해 이해될 것이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 특정한 상황 또는 특정 요구에 본 발명을 적응시키기 위해 수정이 수행될 수도 있다. 본 발명은 본원에서 설명되는 특정한 구현예 및 실시형태로 한정되는 것이 아니며, 청구범위는, 글자 그대로의 또는 등가적 의미의, 개시된 또는 개시되지 않은, 그에 따라 포괄되는 모든 실시형태를 포괄하는 최광의의 해석이 주어져야 한다는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 무선 데이터 통신 기능이 있는, 능동적으로 전력을 공급받는 온도 데이터 로거 패치(actively-powered temperature data logger patch)로서,
    제1 단부 및 대향하는 제2 단부를 포함하는 제1 기재 레이어(first substrate layer);
    애노드 및 캐소드 - 상기 애노드 및 캐소드 중 적어도 하나는 경화 또는 건조된 잉크로 형성됨 - 를 갖는 인쇄된 전기화학 전지, 및 상기 애노드 및 캐소드 중 하나에 전기적으로 각각 커플링되는 제1 및 제2 배터리 전극 콘택을 포함하는 밀봉된 가요성(flexible) 배터리;
    마이크로프로세서, 목표 대상자(target subject)의 온도를 감지하도록 구성되는 온도 센서, 무선 통신 송신기 및 안테나를 포함하는 가요성 회로 - 상기 가요성 회로는 상기 제1 및 제2 배터리 전극 콘택 중 하나에 전기적으로 각각 커플링되는 것에 의해 상기 마이크로프로세서, 무선 통신 송신기, 및 온도 센서에 전기적으로 전력을 공급하는 제1 및 제2 배터리 콘택 패드를 더 포함하고, 상기 온도 센서는 상기 제1 기재 레이어의 상기 제1 단부에 위치하고, 상기 안테나는 상기 제1 기재 레이어의 상기 제2 단부에 위치함 - ; 및
    상기 목표 대상자의 표면에 제거 가능하게 도포되도록 구성되는 접착제를 포함하는 제2 기재 레이어를 포함하고,
    상기 가요성 배터리 및 가요성 회로는 함께, 상기 제1 기재 레이어와 제2 기재 레이어 사이에서 피복식 적층 구성(covering stacked arrangement)으로 배치되는 전자장치 인레이(electronics inlay)를 포함하고,
    상기 제1 기재 레이어, 전자장치 인레이, 및 제2 기재 레이어의 모두는 가요성이며 상기 목표 대상자의 곡면을 따르도록 구성되는, 온도 데이터 로거 패치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기재 레이어는, 상기 제1 단부를 따라 연장하는 제1 에지 - 상기 제1 에지를 따라 상기 온도 센서가 위치됨 - 를 포함하고,
    상기 제1 기재 레이어는 제2 단부를 따라 연장하는 제2 에지 - 상기 제2 에지를 따라 상기 안테나가 위치됨 - 를 포함하는, 온도 데이터 로거 패치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기재 레이어는, 상기 온도 센서의 위치와 정렬되는 것에 의해 상기 온도 센서와 환자의 피부 사이에 방해물이 없는 경로(unobstructed path)를 제공하는, 상기 제2 기재 레이어를 통과하여 연장하는 홀을 포함하는, 온도 데이터 로거 패치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신 송신기는 표준 블루투스(Bluetooth) 또는 블루투스 저에너지(Bluetooth low-energy) 통신 프로토콜을 활용하는, 온도 데이터 로거 패치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 고유의 식별 코드(unique identification code; UID)를 포함하는, 온도 데이터 로거 패치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는, 상기 마이크로프로세서가 주기적 시간 간격에서 상기 온도 센서로부터 복수의 온도 샘플을 획득하는 것을 가능하게 하도록 구성되는 타이머를 더 포함하는, 온도 데이터 로거 패치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는, 각각의 온도 샘플에 대한 고유의 숫자 식별자와 함께 상기 온도 샘플을 저장하기 위한 비일시적 메모리를 더 포함하는, 온도 데이터 로거 패치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고유의 숫자 식별자는 특정한 온도 샘플과 연관되는 타임 스탬프 또는 특정한 온도 샘플과 연관되는 각각의 주기적 시간 간격에서 생성되는 신규의 순차적인 번호(sequential number) 중 하나를 포함하는, 온도 데이터 로거 패치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 복수의 온도 샘플을 상기 무선 통신 송신기 및 안테나를 통해 외부 컴퓨팅 디바이스로 무선으로 송신하도록 구성되는, 온도 데이터 로거 패치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가요성 배터리의 상기 제1 및 제2 배터리 전극 콘택은 상기 가요성 회로의 상기 제1 및 제2 배터리 콘택 패드에 기계적으로 그리고 전기적으로 커플링되는, 온도 데이터 로거 패치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기재는, 상기 온도 센서 위에서 피복 관계로 정렬되며 환자의 피부에 제거 가능하게 도포되도록 구성되는 히드로겔(hydrogel)을 적어도 부분적으로 포함하는, 온도 데이터 로거 패치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기재는, 환자의 피부에 제거 가능하게 도포되도록 구성되는 감압 접착제(pressure-sensitive adhesive)로 적어도 한 면이 코팅된 폴리에틸렌 폼(foam)을 적어도 부분적으로 포함하는, 온도 데이터 로거 패치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전자장치 인레이는 상기 제1 기재 레이어와 상기 제2 기재 레이어 사이에서 캡슐화되는, 온도 데이터 로거 패치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전기화학 전지의 상기 애노드 및 캐소드의 둘 다는 경화 또는 건조된 잉크를 포함하고, 상기 애노드 및 캐소드는 동일 평면 배치(co-planar arrangement)로 제공되는, 온도 데이터 로거 패치.
  15. 무선 데이터 통신 기능이 있는, 능동적으로 전력을 공급받는 온도 데이터 로거 패치로서,
    제1 단부 및 대향하는 제2 단부를 포함하는 제1 기재 레이어;
    병렬 배치의 복수의 밀봉된 가요성 배터리 - 각각의 배터리는, 동일 평면 배치로 제공되는 애노드 및 캐소드를 갖는 인쇄된 전기화학 전지 및 상기 애노드 및 캐소드를 실질적으로 피복하고 상기 애노드 및 캐소드와 전기적으로 접촉하는 수용성 전해질 레이어를 포함함 - ;
    마이크로프로세서, 목표 대상자의 온도를 감지하도록 구성되는 온도 센서, 무선 통신 송신기 및 안테나를 포함하는 가요성 회로 - 상기 가요성 회로는 상기 복수의 가요성 배터리의 대응하는 콘택에 전기적으로 커플링되는 것에 의해 상기 마이크로프로세서, 무선 통신 송신기, 및 온도 센서에 전기적으로 전력을 공급하는 복수의 콘택 패드를 더 포함하고, 상기 마이크로프로세서, 온도 센서, 및 무선 통신 송신기 전체는 상기 가요성 배터리로부터 전력을 능동적으로 수신함 - ;
    상기 목표 대상자의 표면에 제거 가능하게 도포되도록 구성되는 접착제를 포함하는 제2 기재 레이어 - 상기 가요성 배터리 및 가요성 회로는 상기 제1 기재 레이어와 상기 제2 기재 레이어 사이에 배치되고, 상기 제1 기재 레이어, 전자장치 인레이, 및 제2 기재 레이어 모두는 가요성임 - ; 및
    유저가 상기 패치의 사용을 시작하려고 의도하는 경우에만, 상기 마이크로프로세서를 동작 전력 상태(operational power state)로 활성화하는 것에 의해 상기 마이크로프로세서, 온도 센서, 및 무선 통신 송신기로의 능동적 전력 공급을 가능하게 하는데 사용되는 스위치를 포함하는, 온도 데이터 로거 패치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 스위치 및 상기 마이크로프로세서와 전기적으로 통신하는 래칭 전력 회로(latching power circuit)를 더 포함하고, 상기 스위치의 작동시, 상기 래칭 전력 회로는, 상기 복수의 밀봉된 가요성 배터리와 상기 마이크로프로세서 사이의 전기적 통신을 가능하게 하는 것에 의해 상기 마이크로프로세서를 감소된 전력 상태로부터 상기 동작 전력 상태로 활성화하는, 온도 데이터 로거 패치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 스위치는 순간 스위치(momentary switch)인, 온도 데이터 로거 패치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는, 상기 마이크로프로세서가 상기 온도 센서로부터 온도 샘플을 획득하고 있는 경우에만 상기 온도 센서로 전력을 선택적으로 제공하도록 구성되는, 온도 데이터 로거 패치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 무선 통신 송신기는 표준 블루투스(Bluetooth) 또는 블루투스 저에너지(Bluetooth low-energy) 통신 프로토콜을 활용하는, 온도 데이터 로거 패치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는, 상기 마이크로프로세서가 주기적 시간 간격에서 상기 온도 센서로부터 온도 샘플을 획득하는 것을 가능하게 하도록 구성되는 타이머를 더 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 각각의 온도 샘플에 대한 관련된 숫자 식별자와 함께 상기 온도 샘플을 저장하기 위한 비일시적 메모리를 더 포함하는, 온도 데이터 로거 패치.
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