KR20220017216A - 웨어러블 전자 장치 내 배치된 코일의 이중 차폐 구조 - Google Patents

웨어러블 전자 장치 내 배치된 코일의 이중 차폐 구조 Download PDF

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KR20220017216A
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박정수
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Abstract

웨어러블 전자 장치에 있어서, 상기 웨어러블 전자 장치의 전면을 형성하는 디스플레이; 상기 디스플레이를 감싸면서 상기 웨어러블 전자 장치의 외관의 적어도 일부를 형성하는 하우징; 상기 디스플레이 아래에 배치되는 인쇄 회로 기판; 상기 인쇄 회로 기판의 아래에 배치되는 복수의 전자 부품들; 상기 웨어러블 전자 장치의 후면을 형성하는 후면 커버; 상기 후면 커버에 인접하게 배치되는 도전성 코일; 상기 도전성 코일과 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고, 상기 도전성 코일을 커버하는 제1 영역을 차폐하는 제1 차폐 부재; 및 상기 제1 차폐 부재와 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고, 적어도 상기 제1 영역의 외부 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재를 포함하도록 구성된 웨어러블 전자 장치가 개시된다. 이 외에도 본 문서를 통해 파악되는 다양한 실시 예들이 가능하다.

Description

웨어러블 전자 장치 내 배치된 코일의 이중 차폐 구조{DUAL SHIELDING STRUCTURE OF COILS DISPOSED IN WEARABLE ELECTRONIC DEVICE}
본 문서에 개시되는 다양한 실시 예들은 무선 충전 성능 개선을 위한 이중 차폐 구조 및 이를 포함하는 웨어러블 전자 장치에 관한 것이다.
무선으로 에너지를 수신하는 모바일 전자 장치는 수신된 무선 전력에 의하여 구동되거나, 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전하고 상기 충전된 전력에 의하여 구동될 수 있다.
이러한 무선 충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 모바일 기기에 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않더라도 단지 충전 패드에 올려놓기만 하면 자동으로 배터리가 충전이 될 수 있는 시스템이다. 이러한 무선 충전 기술은 전자 장치를 무선으로 충전함으로써, 사용자의 편의성을 높일 수 있다.
전자 장치 내부에는 금속 성분을 가진 다양한 전자 부품 또는 부재들이 배치되어 있다. 따라서 무선 충전 기술을 이용하는 전자 장치의 경우, 무선 충전 코일 주변에서 상기 금속 성분에 의해 손실되는 전자기장을 줄이기 위하여 차폐 부재를 포함하고 있다.
다만, 종래 기술은 웨어러블 전자 장치와 같은 소형 전자 장치의 경우, 실장 구조의 한계로 인하여 무선 충전 코일의 외경과 내경 기준으로 최소 수준의 차폐 영역만 확보할 수 있으므로, 충분한 무선 충전 효율을 확보하지 못하는 문제점이 있었다.
이에, 본 개시는 종래의 차폐 부재가 차폐하는 영역의 외부 영역을 차폐할 수 있는 제2의 차폐 부재를 추가로 배치하여, 이중 차폐 구조를 가진 웨어러블 전자 장치를 제공함으로써 상술한 문제점을 극복하고자 한다.
일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치는, 상기 웨어러블 전자 장치의 전면을 형성하는 디스플레이; 상기 웨어러블 전자 장치의 외관의 적어도 일부를 형성하는 하우징; 상기 디스플레이 아래에 배치되는 인쇄 회로 기판; 상기 인쇄 회로 기판의 아래에 배치되는 복수의 전자 부품들; 상기 웨어러블 전자 장치의 후면을 형성하는 후면 커버; 상기 후면 커버에 인접하게 배치되는 도전성 코일; 상기 도전성 코일과 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고 상기 도전성 코일을 커버하는 제1 영역을 차폐하는 제1 차폐 부재; 및 상기 제1 차폐 부재와 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고 적어도 상기 제1 영역의 외부 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치는, 상기 웨어러블 전자 장치의 외관의 적어도 일부를 형성하는 하우징; 상기 하우징이 형성하는 내부 공간에 안착되는 배터리; 상기 배터리 아래에 배치되는 인쇄 회로 기판; 상기 인쇄 회로 기판의 아래에 배치되는 복수의 전자 부품들; 상기 웨어러블 전자 장치의 후면을 형성하는 후면 커버; 상기 배터리와 전기적으로 연결되고 상기 후면 커버에 인접하게 배치되는 무선 충전 코일; 상기 무선 충전 코일과 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고 상기 무선 충전 코일을 커버하는 제1 영역을 차폐하는 제1 차폐 부재; 및 상기 제1 차폐 부재와 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고 상기 제1 영역과 상이한 제2 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재를 포함할 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 충전 코일에 인접하게 배치된 제1 차폐 부재가 차폐하는 영역의 외부 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재를 웨어러블 전자 장치에 추가로 배치함으로써, 제1 차폐 부재에서 차폐되지 못하고 금속 성분에 의해 누설(예: metallic loss)되는 전자기장을 이중으로 차폐할 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따르면, 차폐 영역이 확장된 이중 차폐 구조를 포함하는 웨어러블 전자 장치를 제공함으로써, 웨어러블 전자 장치의 무선 충전 효율을 개선하고 충전 인식 영역을 개선하고 금속 이물질 오인식을 줄일 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은, 일 실시예에 따른 모바일 전자 장치의 전면의 사시도이다.
도 2는, 도 1의 전자 장치의 후면의 사시도이다.
도 3은, 도 1의 전자 장치의 전개 사시도이다.
도 4a는 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(예: 무선 충전기) 위에 웨어러블 전자 장치를 충전하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4b는 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(예: 스마트 폰) 위에 웨어러블 전자 장치를 충전하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치의 단면도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서 발생하는 전자기장과 웨어러블 전자 장치의 이중 차폐 구조를 나타내는 모식도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치의 도전성 코일과 제2 차폐 부재를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치의 단면도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치의 도전성 코일과 제2 차폐 부재를 나타내는 도면이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 문서에 개시된 다양한 실시 예들이 설명된다. 설명의 편의를 위하여 도면에 도시된 구성요소들은 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있으며, 본 발명이 반드시 도시된 바에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 전자 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시 예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시 예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시 예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시 예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시 예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 모바일 전자 장치(또는 웨어러블 전자 장치)의 전면의 사시도이고, 도 2는 도 1의 전자 장치의 후면의 사시도이고, 도 3은 도 1의 전자 장치의 전개 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 전자 장치(100)는, 제 1 면(또는 전면)(110A), 제 2 면(또는 후면)(110B), 및 제 1 면(110A) 및 제 2 면(110B) 사이의 공간을 둘러싸는 측면(110C)을 포함하는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 적어도 일부에 연결되고 상기 전자 장치(100)를 사용자의 신체 일부(예: 손목, 발목 등)에 탈착 가능하게 결착하도록 구성된 결착 부재(150, 160)를 포함할 수 있다. 다른 실시 예(미도시)에서는, 하우징은, 도 1의 제 1 면(110A), 제 2 면(110B) 및 측면(110C)들 중 일부를 형성하는 구조를 지칭할 수도 있다. 일 실시 예에 따르면, 제 1 면(110A)은 적어도 일부분이 실질적으로 투명한 전면 플레이트(101)(예: 다양한 코팅 레이어들을 포함하는 글라스 플레이트, 또는 폴리머 플레이트)에 의하여 형성될 수 있다. 제 2 면(110B)은 실질적으로 불투명한 후면 플레이트(107)에 의하여 형성될 수 있다. 상기 후면 플레이트(107)는, 예를 들어, 코팅 또는 착색된 유리, 세라믹, 폴리머, 금속(예: 알루미늄, 스테인레스 스틸(STS), 또는 마그네슘), 또는 상기 물질들 중 적어도 둘의 조합에 의하여 형성될 수 있다. 상기 측면(110C)은, 전면 플레이트(101) 및 후면 플레이트(107)와 결합하며, 금속 및/또는 폴리머를 포함하는 측면 베젤 구조 (또는 “측면 부재”)(106)에 의하여 형성될 수 있다. 어떤 실시 예에서는, 후면 플레이트(107) 및 측면 베젤 구조(106)는 일체로 형성되고 동일한 물질(예: 알루미늄과 같은 금속 물질)을 포함할 수 있다. 상기 결착 부재(150, 160)는 다양한 재질 및 형태로 형성될 수 있다. 직조물, 가죽, 러버, 우레탄, 금속, 세라믹, 또는 상기 물질들 중 적어도 둘의 조합에 의하여 일체형 및 복수의 단위 링크가 서로 유동 가능하도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 전자 장치(100)는, 디스플레이(120, 도 3 참조), 오디오 모듈(105, 108), 센서 모듈(111), 키 입력 장치(102, 103, 104) 및 커넥터 홀(109) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 어떤 실시 예에서는, 전자 장치(100)는, 구성요소들 중 적어도 하나(예: 키 입력 장치(102, 103, 104), 커넥터 홀(109), 또는 센서 모듈(111))를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있다.
디스플레이(120)는, 예를 들어, 전면 플레이트(101)의 상당 부분을 통하여 노출될 수 있다. 디스플레이(120)의 형태는, 상기 전면 플레이트(101)의 형태에 대응하는 형태일 수 있으며, 원형, 타원형, 또는 다각형 등 다양한 형태일 수 있다. 디스플레이(120)는, 터치 감지 회로, 터치의 세기(압력)를 측정할 수 있는 압력 센서, 및/또는 지문 센서와 결합되거나 인접하여 배치될 수 있다.
오디오 모듈(105, 108)은, 마이크 홀(105) 및 스피커 홀(108)을 포함할 수 있다. 마이크 홀(105)은 외부의 소리를 획득하기 위한 마이크가 내부에 배치될 수 있고, 어떤 실시 예에서는 소리의 방향을 감지할 수 있도록 복수개의 마이크가 배치될 수 있다. 스피커 홀(108)은, 외부 스피커 및 통화용 리시버로 사용할 수 있다. 어떤 실시 예에서는 스피커 홀(107, 114)과 마이크 홀(103)이 하나의 홀로 구현되거나, 스피커 홀(107, 114) 없이 스피커가 포함될 수 있다(예: 피에조 스피커).
센서 모듈(111)은, 전자 장치(100)의 내부의 작동 상태, 또는 외부의 환경 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(111)은, 예를 들어, 상기 하우징(110)의 제 2 면(110B)에 배치된 생체 센서 모듈(111)(예: HRM 센서)을 포함할 수 있다. 전자 장치(100)는, 도시되지 않은 센서 모듈, 예를 들어, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
키 입력 장치(102, 103, 104)는, 하우징(110)의 제 1 면(110A)에 배치되고 적어도 하나의 방향으로 회전 가능한 휠 키(102), 및/또는 하우징(110)의 측면(110C)에 배치된 사이드 키 버튼(102, 103)을 포함할 수 있다. 휠 키는 전면 플레이트(101)의 형태에 대응하는 형태일 수 있다. 다른 실시 예에서는, 전자 장치(100)는 상기 언급된 키 입력 장치(102, 103, 104)들 중 일부 또는 전부를 포함하지 않을 수 있고 포함되지 않은 키 입력 장치(102, 103, 104)는 디스플레이(120) 상에 소프트 키 등 다른 형태로 구현될 수 있다. 커넥터 홀(109)은, 외부 전자 장치와 전력 및/또는 데이터를 송수신하기 위한 커넥터(예를 들어, USB 커넥터)를 수용할 수 있고 외부 전자 장치와 오디오 신호를 송수신하기 위한 커넥터를 수용할 수 있는 다른 커넥터 홀(미도시))을 포함할 수 있다. 전자 장치(100)는, 예를 들면, 커넥터 홀(109)의 적어도 일부를 덮고, 커넥터 홀에 대한 외부 이물질의 유입을 차단하는 커넥터 커버(미도시)를 더 포함할 수 있다.
결착 부재(150, 160)는 락킹 부재(151, 161)를 이용하여 하우징(110)의 적어도 일부 영역에 탈착 가능하도록 결착될 수 있다. 결착 부재(150, 160)는 고정 부재(152), 고정 부재 체결 홀(153), 밴드 가이드 부재(154), 밴드 고정 고리(155) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
고정 부재(152)는 하우징(110)과 결착 부재(150, 160)를 사용자의 신체 일부(예: 손목, 발목 등)에 고정시키도록 구성될 수 있다. 고정 부재 체결 홀(153)은 고정 부재(152)에 대응하여 하우징(110)과 결착 부재(150, 160)를 사용자의 신체 일부에 고정시킬 수 있다. 밴드 가이드 부재(154)는 고정 부재(152)가 고정 부재 체결 홀(153)과 체결 시 고정 부재(152)의 움직임 범위를 제한하도록 구성됨으로써, 결착 부재(150, 160)가 사용자의 신체 일부에 밀착하여 결착되도록 할 수 있다. 밴드 고정 고리(155)는 고정 부재(152)와 고정 부재 체결 홀(153)이 체결된 상태에서, 결착 부재(150,160)의 움직임 범위를 제한할 수 있다.
도 3을 참조하면, 웨어러블 전자 장치(300)는, 측면 베젤 구조(310), 휠 키(320), 전면 플레이트(101), 디스플레이(120), 제 1 안테나(330), 도전성 코일(340), 센서 모듈(111), 제1 차폐 부재(345), 후면 플레이트(343), 제2 차폐 부재(350), 지지 부재(360)(예: 브라켓), 배터리(370), 인쇄 회로 기판(380)(printed circuit board, PCB), 후면 커버(393), 및 결착 부재(395, 397)를 포함할 수 있다. 웨어러블 전자 장치(300)의 구성요소들 중 적어도 하나는, 도 1, 또는 도 2의 전자 장치(100)의 구성요소들 중 적어도 하나와 동일, 또는 유사할 수 있으며, 중복되는 설명은 이하 생략한다.
일 실시 예에 따른 지지 부재(360)는, 웨어러블 전자 장치(300) 내부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 측면 베젤 구조(310)의 내측에 위치할 수 있다. 지지 부재(360)은 측면 베젤 구조(310)와 연결될 수 있거나, 상기 측면 베젤 구조(310)와 일체로 형성될 수 있다. 지지 부재(360)는, 예를 들어, 금속 재질 및/또는 비금속(예: 폴리머) 재질로 형성될 수 있다. 지지 부재(360)는, 일면에 디스플레이(120)가 결합되고 타면에 인쇄 회로 기판(380)이 결합될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 인쇄 회로 기판(150)은 폴리이미드(polyimide), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아미드(polyamide), 폴리프로필렌(polypropylene) 및 폴리우레탄(polyurethane) 중 적어도 하나로 이루어진 플라스틱 기판일 수 있다. 인쇄 회로 기판(380)에는, 프로세서, 메모리, 인터페이스 등의 복수의 전자 부품들(381)이 장착될 수 있다.
프로세서는, 예를 들어, 중앙처리장치, 어플리케이션 프로세서, GPU(graphic processing unit), 어플리케이션 프로세서 센서 프로세서, 및 커뮤니케이션 프로세서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
메모리는, 예를 들어, 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스), SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어, 웨어러블 전자 장치(300)를 외부 전자 장치와 전기적 또는 물리적으로 연결시킬 수 있으며, USB 커넥터, SD 카드/MMC 커넥터, 또는 오디오 커넥터를 포함할 수 있다.
배터리(370)는, 웨어러블 전자 장치(300)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급하기 위한 장치로서, 예를 들면, 재충전 가능한 2차 전지를 포함할 수 있다. 배터리(370)의 적어도 일부는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판(380)과 실질적으로 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 배터리(370)는 웨어러블 전자 장치(300) 내부에 일체로 배치될 수 있고, 웨어러블 전자 장치(300)와 탈부착 가능하게 배치될 수도 있다.
제 1 안테나(330)는 디스플레이(120)와 지지부재(360) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 안테나(330)는, 예를 들어, NFC(near field communication) 안테나, 무선 충전 안테나, 및/또는 MST(magnetic secure transmission) 안테나를 포함할 수 있다. 제 1 안테나(330)는, 예를 들어, 외부 장치와 근거리 통신을 하거나, 충전에 필요한 전력을 무선으로 송수신 할 수 있고, 근거리 통신 신호 또는 결제 데이터를 포함하는 자기-기반 신호를 송출할 수 있다. 다른 실시 예에서는, 측면 베젤 구조(310) 및/또는 상기 지지부재(360)의 일부 또는 그 조합에 의하여 안테나 구조가 형성될 수 있다.
센서 모듈(111)은, 전자 장치(300)의 내부의 상태, 또는 외부의 환경 상태에 대응하는 데이터를 전기 신호 값으로 생성할 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(111)은, 생체 센서(예: HRM 센서, PPG 센서)를 포함할 수 있으며, 그 밖에 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
도전성 코일(340)은 회로 기판(380)과 후면 커버(393) 사이에 배치될 수 있다. 도전성 코일(340)은, 예를 들어, 무선 충전 코일, 및/또는 코일 안테나일 수 있다. 도전성 코일(340)은, 예를 들어, 충전에 필요한 전력을 무선으로 송수신 할 수 있고, 뿐만 아니라 외부 장치와 근거리 통신을 하거나, 근거리 통신 신호 또는 결제 데이터를 포함하는 자기-기반 신호를 송출할 수도 있다.
도전성 코일(340)은 평면(예: 인쇄 회로 기판) 상에 와인딩 반경을 넓혀가면서 권선되는 구조이다. 예를 들면, 도전성 코일(340)은 제1 내경 및 상기 제1 내경보다 큰 제2 외경을 가진 나선형(spiral)의 형상으로 권선된 도전성 패턴으로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 도전성 코일(340)은 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 예를 들면, 도전성 코일(340)로 전자기장이 인가되는 경우, 자기 유도에 의해 도전성 코일(340)에서 전류가 흐를 수 있고 유도된 전류를 이용하여 배터리(370)를 충전시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면 도전성 코일(340)은 웨어러블 전자 장치(300)의 하부면 또는 후면 커버(393)에 인접하게 배치될 수 있다.
제1 차폐 부재(345)는 도전성 코일(340)과 인쇄 회로 기판(380) 사이에 배치될 수 있고, 도전성 코일(340)을 커버하는 영역을 차폐할 수 있다. 제2 차폐 부재(350)는 제1 차폐 부재(345)와 인쇄 회로 기판(380) 사이에 배치될 수 있고, 적어도 상기 제1 차폐 부재(345)가 도전성 코일(340)을 커버하는 영역의 외부를 차폐할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 차폐 부재(345) 및 제2 차폐 부재(350)는 복수의 전자 부품들(381)에 포함된 금속 성분에 의하여 누설되는 전자지장을 이중으로 차폐할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 차폐 부재(345) 및/또는 제2 차폐 부재(350)는 외부 전자 장치로부터의 전자기장에 의한 전자 부품들(381)의 오작동, 손상 등을 방지할 수 있다. 예를 들어, 외부 전자 장치로부터의 전자기장이 웨어러블 전자 장치(300) 내 전자 부품(또는, 금속 물질)에 가해질 경우, 자속의 변화에 의해 기전력이 발생할 수 있고 상기 기전력에 의해 생성된 와전류(eddy current)는 무선 전력 수신에 있어서의 전력 손실 뿐만 아니라 전자 부품의 오동작 또는 온도 상승의 문제를 일으킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 차폐 부재(345) 및/또는 제2 차폐 부재(350)는 이러한 와전류가 흐르는 것을 방지하여 상술한 문제의 발생을 줄일 수 있다.
제1 차폐 부재(345) 및/또는 제2 차폐 부재(350)는 자성체를 포함하는 자성 시트일 수 있고, 상기 자성체는 비정질 리본(amorphous ribbon), 나노크스탈린 리본(nanocrystalline ribbon), 페라이트(ferrite), 및 폴리머(polymer) 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 자성체는 비정질 리본(amorphous ribbon) 및/또는 폴리머(polymer)로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 자성체는 상기 소재들 중 하나를 단일 소재로 구성될 수 있고, 두개 이상의 소재를 복합하여 구성될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 자성체는 상기 소재들을 절연성 수지나 세라믹 혹은 비자성 금속 등과 혼합하여 압출, 프레스, 필름 캐스팅 등의 방법으로 성형한 복합 소재(composite)로 구성될 수도 있다.
상기 자성체로 사용되는 소재들(예: 비정질 리본, 나노크스탈린 리본, 페라이트, 폴리머)의 경우, 외부 교류 자기장의 위상변화에 따라 재료 내부의 자화 방향이 용이하게 반응하는 자성 재료로서, 공간에 분포한 자기장을 소재 내부로 끌어들여 높은 밀도의 자력선속을 갖는 자기회로를 형성할 수 있다. 이때 자성 소재의 투자율은 자력선속을 높이는 정도를 나타내는 지표로서, 높은 투자율의 연자성 재료를 사용할수록 소재 주변에 분포한 자기장을 소재 내부로 끌여 들여 누설 자기장을 최소화시킬 수 있다. 예를 들면, 제1 차폐 부재(345) 및 제2 차폐 부재(350)는 10kHz 내지 300kHz 주파수 대역의 전자기장을 차폐할 수 있다.
쉴드 부재(미도시)는 측면 베젤 구조(310)와 후면 플레이트(343) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 쉴드 부재(미도시)는 외부로부터 측면 베젤 구조(310)와 후면 플레이트(343)에 의해 둘러싸인 공간으로 유입되는 습기와 이물을 차단하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 쉴드 부재(미도시)는 인쇄 회로 기판(380)에 실장된 쉴드 캔(can)을 의미할 수 있고, 인쇄 회로 기판(380)의 하면에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 쉴드 부재(미도시)는 인쇄 회로 기판(380) 및 인쇄 회로 기판(380)에 배치된 복수의 전자 부품들(381)을 보호하기 위한 금속 소재의 판형 부재일 수 있다. 예를 들어, 쉴드 부재(미도시)는 인쇄 회로 기판(380) 및 인쇄 회로 기판(380)에 배치된 복수의 전자 부품들(381)로 인가되는 전자기장을 차단할 수 있고, 인쇄 회로 기판(380)에 배치된 복수의 전자 부품들(381)이 전자기장, 습기, 및/또는 이물질에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 웨어러블 전자 장치(300)에서 측면 베젤 구조(310), 휠 키(320), 전면 플레이트(101), 디스플레이(120), 제 1 안테나(330), 도전성 코일(340), 제1 차폐 부재(345), 제2 차폐 부재(350), 지지 부재(360)(예: 브라켓), 배터리(370), 인쇄 회로 기판(380)(printed circuit board, PCB), 쉴드(shield) 부재(미도시), 및 후면 커버(393)가 배치되는 순서는 도 3에서 개시된 바에 제한되지 않으며 변경될 수 있다.
도 4a는 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(예: 무선 충전기(400a)) 위에 웨어러블 전자 장치(300)(예: 스마트 워치)를 충전하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 일 실시 예에 따른 무선 충전기(400a)는 무선 전력 송신 장치로서 기능을 수행할 수 있고, 웨어러블 전자 장치(300)는 무선 전력 수신 장치로서 기능을 수행할 수 있다. 즉, 무선 충전기(400a)는 무선 충전기(400a) 상에 위치한 웨어러블 전자 장치(300)로 전력을 무선으로 송신할 수 있다. 일 실시 예에 따른 무선 충전기(400a)는 상용되는 트레블 어댑터(travel adaptor, TA)를 통해 외부 전원과 직접 연결되어 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 내부에 배치된 배터리(미도시)를 충전할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치는 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 파워 전송 방식 중 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식을 지원할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치의 종류, 상태 또는 요구 전력에 기초하여 적응적으로(adaptively) 해당 무선 전력 수신 장치를 위해 사용될 무선 전력 전송 방식을 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 전송 방식은 무선 충전 코일에서 자기장을 발생시켜 자기장의 영향으로 수신 코일에서 전기 유도되는 전자기 유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기초한 무선 전력 전송 표준이 사용될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 무선 충전기(400a)는 하우징(미도시), 무선 충전용 송신 코일(410), 인쇄 회로 기판(420), 배터리(미도시)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 인쇄 회로 기판(420)에는 무선 충전 회로(미도시), 충전 IC(charger IC)(미도시), 무선 통신 모듈(미도시) 및/또는 프로세서(미도시)가 장착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면 무선 충전용 송신 코일(410)은 나선형 형상으로 권선된 도전성 패턴으로 구성될 수 있다. 무선 충전용 송신 코일(410)은, 예를 들어, 웨어러블 전자 장치(300)로 무선으로 전력을 송신할 수 있다. 무선 충전용 송신 코일(410)은, 예를 들어, 외부 전력 또는 배터리로부터 인가된 전류를 이용하여 웨어러블 전자 장치(300)의 수신 코일(예: 도전성 코일(340))에 전류를 유도시키기 위한 자기장을 발생시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 무선 충전용 송신 코일(410)은 무선 충전기(400a)의 상부면에 인접하게 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따른 무선 충전 회로는, 무선 충전용 송신 코일(410)을 통해 전기 에너지를 전력 신호로 변환하여 웨어러블 전자 장치(300)로 전송할 수 있다. 무선 충전 회로는, 예를 들어, 자기 공명 방식 및 자기 유도 방식을 포함하는 다양한 무선 충전 방식 중 적어도 하나 이상을 지원할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 무선 충전기(400a)는 빛을 방출할 수 있는 LED 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있고, LED 모듈은 프로세서 제어 하에 무선 충전기(400a)의 배터리 충전 상태에 기초하여 빛을 방출할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(300)(예: 스마트 위치) 전용 무선 충전기(400a)의 상부면 형상은 웨어러블 전자 장치(300)의 하부면과 대응하는 형상일 수 있다. 이에 따라 무선 충전기(400a)에서 발생된 전자기장이 누설되지 않고 웨어러블 전자 장치(300)의 도전성 코일(340)로 유입되는 비율을 높일 수 있고, 무선 충전 효율을 높일 수 있다. 다만, 본 개시에서 웨어러블 전자 장치(300)는 웨어러블 전자 장치(300) 전용 무선 충전기(400a)에 한정되지 않으며, 다양한 무선 전력 송신 장치에 적용될 수 있다.
도 4b는 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(예: 스마트 폰(400b)) 위에 웨어러블 전자 장치(300)(예: 스마트 워치)를 충전하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4b를 참조하면, 웨어러블 전자 장치(300)는 다른 전자 장치로부터 송신되는 전력을 무선으로 수신하여 충전될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 스마트 폰(400b)이 스마트 폰(400b) 상에 놓여진 웨어러블 전자 장치(300)를 인식하는 경우, 스마트 폰(400b) 내부의 무선 충전용 송신 코일(미도시)은 전자기장을 발생시킬 수 있다. 상기 전자기장은, 스마트 폰(400b) 상에 놓인 웨어러블 전자 장치(300) 내 도전성 코일(340)로 유입될 수 있고, 도전성 코일(340)에서 유도 전류가 발생할 수 있다. 상기의 전자기 유도 과정을 통하여, 웨어러블 전자 장치(300)의 배터리(370)가 충전될 수 있다. 도 4b에서 무선 전력 송신 장치로 기능하는 스마트 폰(400b)은 도 4a에서 무선 전력 송신 장치로 기능하는 무선 충전기(400a)에 대응될 수 있으며, 중복되는 설명은 이하 생략한다.
도 5는 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치(300)의 단면도이다. 도 5는 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치(300)를 도 1의 선 A-A'로 자른 내부의 단면도를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치(300)는, 웨어러블 전자 장치(300)의 외관의 적어도 일부를 형성하는 하우징(301)은 웨어러블 전자 측면 베젤 구조(310), 후면 플레이트(343) 및 장치(300)의 배면의 적어도 일부를 형성하는 후면 커버(393)를 포함할 수 있다. 전자 장치(300)는 하우징(301)에 안착되어 웨어러블 전자 장치(300)의 전면의 적어도 일부를 형성하는 디스플레이(120)를 포함할 수 있고, 웨어러블 전자 장치(300)의 하우징(301)(측면 베젤 구조(310), 후면 플레이트(343) 및/또는 후면 커버(393)), 및 디스플레이(120)가 형성하는 내부의 빈 공간에는 배터리(370), 인쇄 회로 기판(380), 복수의 전자 부품들(381), 쉴드 부재(390), 제1 차폐 부재(345), 제2 차폐 부재(350), 도전성 코일(340), 센서 모듈(111) 및/또는 후면 플레이트(343)가 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 후면 플레이트(343)는 웨어러블 전자 장치(300) 또는 내부 또는 외부에 위치하는 컴포넌트들을 지지하는 지지 부재일 수 있으며, 후면 플레이트(343)에는 도전성 코일(340) 및/또는 센서 모듈(111)이 안착될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 후면 커버(393)는 웨어러블 전자 장치(300)의 외관 중 배면의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 후면 플레이트(343)와 후면 커버(393)는 일체화되어 하나의 부재로 형성될 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 도전성 코일(340)은 후면 플레이트(343)에 인접하여 배치될 수 있다. 도전성 코일(340)은 고유 저항이 작은 금속 소재를 이용하여 구성될 수 있고, 예를 들면 구리를 이용할 수 있다. 일 실시 예에 따른 도전성 코일(340)은, 저항이 작은 도선(예: 구리선)을 평면(예: 무선 충전용 인쇄 회로 기판) 상에 와인딩 반경을 넓혀가면서 감은 형태로 배치될 수 있다. 예를 들면, 도전성 코일(340)(340)은 내경 및 상기 내경보다 큰 외경을 가진 나선형(spiral)의 형상으로 권선된 도전성 패턴으로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 도전성 코일(340)은 나선형 형상을 가진 패턴을 가지는 기판으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전성 코일(340)은 FPCB의 도전층에 나선형 형상의 패턴으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 차폐 부재(345)는 도전성 코일(340)의 상부면에 인접하여 배치될 수 있다. 제1 차폐 부재(345)는 적어도 도전성 코일(340)을 커버하는 영역 이상을 차폐할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 차폐 부재(345)는 가운데가 뚫린 원형의 금속 판형 플레이트일 수 있고, 제1 차폐 부재(345)의 중심은 도전성 코일(340)의 중심과 일치하도록 정렬되어 배치될 수 있다. 다만, 제1 차폐 부재(345)는 원형 플레이트에 국한되지 않으며, 도전성 코일(340)의 상부면을 모두 커버할 수 있는 다른 형태를 가질 수도 있다. 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(300)의 제1 차폐 부재(345)는 도전성 코일(340)을 커버하는 영역을 차폐할 수 있을 뿐만 아니라 코일의 내경 영역을 차폐할 수도 있다. 예를 들어, 센서 모듈(111)을 커버하는 영역을 차폐하는 차폐 부재를 더 포함할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 도전성 코일(340)과 센서 모듈(111)은 하나의 기판으로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 기판의 후면에 제1 차폐 부재(345)가 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 차폐 부재(345)는, 외부 교류 자기장의 위상변화에 따라 재료 내부의 자화 방향이 용이하게 반응하는 자성 재료로 구성될 수 있으며, 예를 들면, 자성 재료는 비정질 리본(amorphous ribbon), 나노크스탈린 리본(nanocrystalline ribbon), 페라이트(ferrite), 및 폴리머(polymer) 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 차폐 부재(350)는 제1 차폐 부재(345)의 상부면에 인접하여 배치될 수 있다. 제2 차폐 부재(350)는 적어도 상기 제1 차폐 부재(345)가 도전성 코일(340)을 커버하는 영역의 외부를 차폐할 수 있다. 즉, 제2 차폐 부재(350)는 상기 제1 차폐 부재(345)가 도전성 코일(340)을 커버하는 영역 및/또는 그 외부 영역을 차폐할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제2 차폐 부재(350)는 뚫린 영역이 없는 하나의 금속 판형 플레이트일 수 있고, 제2 차폐 부재(350)의 중심은 도전성 코일(340)(또는 제1 차폐 부재(345))의 중심과 일치하도록 정렬되어 배치될 수 있다. 다만, 제2 차폐 부재(350)는 하나의 플레이트에 국한되지 않으며, 상기 제1 차폐 부재(345)가 도전성 코일(340)을 커버하는 영역의 외부를 커버할 수 있는 복수개의 작은 플레이트들의 집합으로 구성될 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 차폐 부재(350)는 제1 차폐 부재의 상측에 이격 배치될 수 있다. 인쇄 회로 기판(380)의 하부면에 전자 부품들 (381)이 배치될 수 있고, 상기 전자 부품들(381) 아래에 제2 차폐 부재(350)이 위치할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 인쇄 회로 기판(380)의 하부면에 쉴드 부재(390)가 위치할 수 있다. 쉴드 부재(390)은 인쇄 회로 기판(380)에 SMT(surface maunt technology)에 기반하여 위치될 수 있다. 쉴드 부재(390)은 판형 부재일수 있으며, 쉴드 부재(390)의 적어도 일면은 실질적으로 평평(flat) 할 수 있고, 적어도 코일 내경이 형성하는 영역보다 더 넓은 면적을 커버할 수 있다. 쉴드 부재(390)의 하부면에 제2 차폐 부재(350)가 위치할 수 있다. 예를 들어, 제2 차폐 부재(350)는 차폐 물질을 포함하는 필름으로 형성될 수 있으며, 상기 필름은 쉴드 부재(390)에 부착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배터리(370)는 인쇄 회로 기판(380)(및 복수의 전자 부품들(381))의 아래에 위치할 수 있으며, 이 경우 제2 차폐 부재(350)는 배터리의 하부면에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따른 제2 차폐 부재(350)는, 제1 차폐 부재(345)와 마찬가지로, 외부 교류 자기장의 위상변화에 따라 재료 내부의 자화 방향이 용이하게 반응하는 자성 재료로 구성될 수 있으며, 예를 들면, 자성 재료는 비정질 리본(amorphous ribbon), 나노크스탈린 리본(nanocrystalline ribbon), 페라이트(ferrite), 및 폴리머(polymer) 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제2 차폐 부재(350)는 제1 차폐 부재(345)에서 차폐되지 못하고 누설되는 자기장을 이중으로 차폐할 수 있다. 제1 차폐 부재(345)와 제2 차폐 부재(350)의 소재는 상이할 수도 있고 동일할 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 센서 모듈(111)은 후면 플레이트(343)와 후면 커버(393) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(111)은 광혈류측정센서(PPG 센서, photoplethysmogram 센서)를 포함할 수 있다. 광혈류측정센서는 발광부 및 수광부를 포함할 수 있고, 새어 나가는 빛을 차단하기 위한 격벽을 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 후면 커버(393)는 센서 모듈(111)에서 발광하는 빛이 투과할 수 있는 재질로 형성될 수 있으며, 센서 모듈(111)(즉, 광혈류측정센서)의 형태적 특성 및/또는 작동 원리적 특성을 고려하여 볼록한 형상을 가질 수 있다. 다만, 볼록한 형상을 지닌 후면 커버(393)로 인하여 웨어러블 전자 장치(300)와 무선 전력 송신 장치(미도시)가 밀착되지 못하고 사이에 간격이 발생할 수 있으며, 무선 전력 송신 장치(미도시)와 도전성 코일(340)이 정렬되지 않아 무선 충전 효율이 떨어질 수 있다. 이 경우, 즉 웨어러블 전자 장치(300)의 후면 커버(393)가 볼록한 형상을 지닌 경우, 본 개시의 웨어러블 전자 장치(300) 내부에 추가로 배치된 제2 차폐 부재(350)는 웨어러블 전자 장치(300)의 차폐 영역을 확장 시킬 수 있으며 이중 차폐 구조를 형성함으로써 무선 충전 효율 및/또는 충전 인식 영역을 개선할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 차폐 부재(345)에서 전자기장을 차폐하는 영역을 1차 차폐 영역이라 할 수 있고, 제2 차폐 부재(350)에서 전자기장을 차폐하는 영역을 2차 차폐 영역이라 할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 차폐 부재(345)는 적어도 도전성 코일(340)의 상부면을 덮을 수 있으며, 내부가 뚫린 구조일 수 있고 내부가 막힌 구조일 수도 있다. 도 5는 제1 차폐 부재(345)의 내부가 뚫린 구조를 도시한 것이나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 내부가 막힌 제 1 차폐 부재(345)의 경우, 제1 차폐 영역도 가운데가 뚫리지 않을 수 있고 도전성 코일(340) 내경의 안쪽 영역까지 커버할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 2차 차폐 영역은 1차 차폐 영역을 모두 포함하고 1차 차폐 영역 보다 넓은 영역일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(300)에 탑재된 다양한 기능을 제어하거나 실현할 수 있는 복수의 전자 부품들(381)(예: 프로세서, 메모리, 인터페이스)은 인쇄 회로 기판(380)의 하부면에 배치될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 복수의 전자 부품들(381)은 인쇄 회로 기판(380)의 상부면에 배치될 수도 있다. 일 실시 예에 따르면, 인쇄 회로 기판(380)은 플라스틱으로 만드는 절연 카드일 수 있으며, 복수의 전자 부품들(381) 사이를 배선으로 접속시켜 전자 회로를 편성한 판일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 쉴드 부재(390)는 제2 차폐 부재(350)와 복수의 전자 부품들(381)의 사이에 배치될 수 있다. 쉴드 부재(390)는, 금속 소재의 판형 부재일 수 있고, 인쇄 회로 기판(380) 및 인쇄 회로 기판(380)에 배치된 복수의 전자 부품들(381)을 보호할 수 있다. 예를 들면, 쉴드 부재(390)는, 인쇄 회로 기판(380)에 배치된 복수의 전자 부품들(381)이 전자기장, 습기, 및/또는 이물질에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배터리(370)는 디스플레이(120)와 인쇄 회로 기판(380)의 사이에 배치될 수 있고, 웨어러블 전자 장치(300)를 구동하기 위한 전력을 공급할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 배터리(370)는 도전성 코일(340)과 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리(370)는, 도전성 코일(340)에서 유도된 전류를 이용하여 충전될 수 있고, 충전된 전력을 웨어러블 전자 장치(300) 내부에 배치된 다양한 전자 부품(예: 디스플레이(120), 복수의 전자 부품들(381))들로 공급할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(400)에서 발생하는 전자기장(4-1, 4-2)과 웨어러블 전자 장치(300)의 이중 차폐 구조를 나타내는 모식도이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(400)의 상부면에 인접하여 웨어러블 전자 장치(300)가 위치할 경우, 웨어러블 전자 장치(300)는 무선 전력 송신 장치(400)에서부터 무선으로 전력을 공급받을 수 있고, 웨어러블 전자 장치(300) 내부의 배터리(370)를 충전할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(300)는 전자기 유도 방식을 이용하여 무선 전력 송신 장치(400)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 이하 전자기 유동 방식을 이용한 웨어러블 전자 장치(300)의 충전 과정에 대하여 추가 설명한다.
일 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(400) 내부에는 무선 충전용 송신 코일(410)(예: TX 코일), 인쇄 회로 기판(420), 및/또는 차폐재(430)가 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(400)의 상부면에 인접하여 무선 충전용 송신 코일(410)이 배치될 수 있고, 무선 충전용 송신 코일(410) 하부에 차폐재(430)가 배치될 수 있고, 차폐재(430) 하부에 인쇄 회로 기판(420)이 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 무선 충전용 송신 코일(410)로 전류가 흐르는 경우 무선 충전용 송신 코일(410)에서 전자기장(4-1, 4-2)이 발생할 수 있고, 발생된 전자기장(4-1, 4-2)은 무선 전력 송신 장치(400) 위에 놓인 웨어러블 전자 장치(300)로 유입될 수 있다. 이 때, 차폐재(430)는 상기 발생한 전자기장이 외부로 누설되는 것을 방지하여 웨어러블 전자 장치(300)로 유입되는 전자기장(4-1)의 비율을 높일 수 있고, 무선 충전 효율을 높일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 무선 충전용 송신 코일(410)에서 발생한 전자기장(4-1)은 웨어러블 전자 장치(300)의 도전성 코일(340)(예: RX 코일)로 유입될 수 있다. 이 때, 도전성 코일(340)의 상부면을 커버하도록 배치된 제1 차폐 부재(345)는 상기 무선 충전용 송신 코일(410)에서 발생한 전자기장(4-1)이 웨어러블 전자 장치(300) 내부에 포함된 금속 물질에 의해 누설되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제1 차폐 부재(345)는 상기 무선 충전용 송신 코일(410)에서 발생한 전자기장(4-1)이 도전성 코일(340)로 유입되는 비율을 높일 수 있고, 무선 충전 효율을 높일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 차폐 부재(350)는 제1 차폐 부재(345)의 상부면에 인접하게 배치될 수 있고, 제1 차폐 부재(345)에서 커버하지 못하는 영역을 추가로 차폐할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제2 차폐 부재(350)는, 제1 차폐 부재(345)가 차폐하는 영역 뿐만 아니라 제1 차폐 부재(345)가 차폐하는 영역의 외부 영역을 더 차폐할 수 있다. 이에 따라, 제2 차폐 부재(350)는 제1 차폐 부재(345)에서 차폐되지 못하고 누설되는 전자기장(4-2) 즉, 무선 충전용 송신 코일(410)에서 발생된 전자기장(4-1, 4-2) 중 도전성 코일(340)의 외측으로 영향을 주는 전자기장(4-2)이 낮아지도록 전자기장을 이중으로 차폐할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제2 차폐 부재(350)는 제1 차폐 부재(345)와 마찬가지로 상기 무선 충전용 송신 코일(410)에서 발생한 전자기장(4-1)이 도전성 코일(340)로 유입되는 비율을 높일 수 있고, 제1 차폐 부재(345)만 배치했을 때 보다 무선 충전 효율을 더욱 높일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 차폐 부재(345) 및 제2 차폐 부재(350)는 웨어러블 전자 장치(300)로부터 인가되는 전자기장의 방향과 직교하도록 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 차폐 부재(345) 및 제2 차폐 부재(350)는 높은 투자율의 연자성 재료로 구성되어 주변에 분포한 전자기장을 내부로 끌어들일 수 있고, 예를 들면 10kHz 내지 300kHz 주파수 대역의 전자기장을 차폐할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치(300)의 도전성 코일(340)과 제2 차폐 부재(350)를 나타내는 도면이다.
일 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(400)에 포함된 무선 충전용 송신 코일(410)과 웨어러블 전자 장치(300)에 포함된 도전성 코일(340)은, 서로 접하는 면이 평면일수록 및/또는 서로 마주하는 면의 넓이가 넓을수록 무선 전력 전송에 유리할 수 있다. 따라서, 도 7을 참조하면, 웨어러블 전자 장치(300)의 도전성 코일(340)(및 무선 전력 송신 장치(400)의 무선 충전용 송신 코일(410))은 평면상에 와인딩 반경을 넓혀가면서 권선되는 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 도전성 코일(340)은 내경 및 상기 내경보다 긴 외경을 가진 나선형(spiral)의 형상일 수 있다. 다만, 도전성 코일(340)이 권선되는 형상은 이에 제한되지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 제2 차폐 부재(350)는 도전성 코일(340)이 커버하는 영역 뿐만 아니라 그 외부 영역을 차폐할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제2 차폐 부재(350)는 도전성 코일(340)이 평면상에 와인딩 된 내경의 안쪽 영역 및 도전성 코일(340)이 평면상에 와인딩 된 외경의 바깥쪽 영역을 커버할 수 있는 하나의 판형 금속 부재일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 차폐 부재(350)는 도전성 코일(340)이 위치하는 영역 뿐 아니라 도전성 코일(340) 내경의 안쪽 영역에도 위치할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 제2 차폐 부재(350)는 복수개의 판형 금속 부재로 나뉘어 구성될 수도 있다. 관련하여, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8은 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치(300)의 단면도이다. 도 8은 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치(300)를 도 1의 선 A-A'로 자른 내부의 단면도를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 웨어러블 전자 장치(300)에 배치된 제2 차폐 부재(350)는 복수개의 부재(350a, 350b)로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제2 차폐 부재(350)는 제1 차폐 부재(345)가 차폐하는 영역의 외부 영역을 차폐할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제2 차폐 부재(350)는 도전성 코일(340)이 평면상에 와인딩 된 외경의 바깥쪽 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재(350a) 및 도전성 코일(340)이 평면상에 와인딩 된 내경의 안쪽 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재(350b)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 도전성 코일(340)이 평면상에 와인딩 된 외경의 바깥쪽 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재(350a)는 하나의 부재일 수도 있고 복수개의 부재로 나뉘어 구성될 수도 있다. 도 8의 웨어러블 전자 장치(300)의 구성은 도 5의 웨어러블 전자 장치(300)의 구성에 대응될 수 있으며, 반복되는 설명을 생략한다.
도 9는 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치(300)의 도전성 코일(340)과 제2 차폐 부재(350)를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 도전성 코일(340)이 평면상에 와인딩 된 외경의 바깥쪽 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재(350a)는 4개의 부재로 나뉘어 구성될 수 있다. 다만, 도전성 코일(340)이 평면상에 와인딩 된 외경의 바깥쪽 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재(350a)가 나뉘는 방법(예: 나뉘는 모양, 나뉘는 수)은 이제 한정되지 않는다. 예를 들면, 도전성 코일(340)이 평면상에 와인딩 된 외경의 바깥쪽 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재(350a)는 위아래로 2개의 부재 또는 좌우로 나뉜 2개의 부재로 구성될 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 도전성 코일(340)이 평면상에 와인딩 된 내경의 안쪽 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재(350b)는 하나의 원형 부재일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 도전성 코일(340)이 평면상에 와인딩 된 내경의 안쪽 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재(350b)의 중심은 도전성 코일(340)의 중심과 동일하도록 배치될 수 있으며, 도전성 코일(340)의 안쪽 영역을 커버하는 면적을 가질 수 있다. 다만, 도전성 코일(340)이 평면상에 와인딩 된 내경의 안쪽 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재(350b)의 형상은 원형에 제한되지 않으며, 도전성 코일(340) 내경의 안쪽 영역에 대응한 다양한 형상을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(100), 도 3의 웨어러블 전자 장치(300))는, 상기 웨어러블 전자 장치의 전면을 형성하는 디스플레이; 상기 디스플레이를 감싸면서 상기 웨어러블 전자 장치의 외관의 적어도 일부를 형성하는 하우징; 상기 디스플레이 아래에 배치되는 인쇄 회로 기판; 상기 인쇄 회로 기판의 아래에 배치되는 복수의 전자 부품들; 상기 웨어러블 전자 장치의 후면을 형성하는 후면 커버; 상기 후면 커버에 인접하게 배치되는 도전성 코일; 상기 도전성 코일과 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고, 상기 도전성 코일을 커버하는 제1 영역을 차폐하는 제1 차폐 부재; 및 상기 제1 차폐 부재와 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고, 적어도 상기 제1 영역의 외부 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 웨어러블 전자 장치는, 상기 복수의 전자 부품들과 상기 제2 차폐 부재 사이에 배치되는 쉴드(shield) 부재를 더 포함할 수 있고, 상기 쉴드 부재는 상기 인쇄 회로 기판 및 상기 인쇄 회로 기판의 아래에 배치되는 복수의 전자 부품들을 보호할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 차폐 부재 및 상기 제2 차폐 부재는, 상기 복수의 전자 부품들 및 상기 쉴드 부재의 금속 성분에 의하여 누설되는 전자지장을 이중으로 차폐할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 차폐 부재는, 상기 제1 차폐 부재에서 차폐되지 못하고 누설되는 전자기장을 차폐할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 도전성 코일은, 전자기장이 인가되는 경우 전류를 발생시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 도전성 코일은, 제1 내경 및 상기 제1 내경보다 큰 제2 외경을 가진 나선형(spiral)의 형태로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 차폐 부재는 상기 제2 외경의 바깥쪽의 영역을 차폐할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 차폐 부재는 상기 제1 내경의 안쪽의 영역을 차폐할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 차폐 부재 및 상기 제2 차폐 부재는 10kHz 내지 300kHz 주파수 대역의 전자기장을 차폐할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 차폐 부재는 자성체를 포함하는 자성 시트일 수 있고, 상기 자성체는 비정질 리본(amorphous ribbon), 나노크스탈린 리본(nanocrystalline ribbon), 페라이트(ferrite), 및 폴리머(polymer) 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시 예에 따른 웨어러블 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(100), 도 3의 웨어러블 전자 장치(300))는, 상기 웨어러블 전자 장치의 외관의 적어도 일부를 형성하는 하우징; 상기 하우징이 형성하는 내부 공간에 안착되는 배터리; 상기 배터리 아래에 배치되는 인쇄 회로 기판; 상기 인쇄 회로 기판의 아래에 배치되는 복수의 전자 부품들; 상기 웨어러블 전자 장치의 후면을 형성하는 후면 커버; 상기 배터리와 전기적으로 연결되고 상기 후면 커버에 인접하게 배치되는 무선 충전 코일; 상기 무선 충전 코일과 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고, 상기 무선 충전 코일을 커버하는 제1 영역을 차폐하는 제1 차폐 부재; 및 상기 제1 차폐 부재와 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고, 상기 제1 영역과 상이한 제2 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 무선 충전 코일은 전자기장이 인가되는 경우 전류를 발생시킬 수 있고, 상기 발생된 전류는 상기 배터리로 유입되어 상기 배터리를 충전시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 웨어러블 전자 장치는, 상기 복수의 전자 부품들과 상기 제2 차폐 부재 사이에 배치되는 쉴드(shield) 부재를 더 포함할 수 있고, 상기 쉴드 부재는 상기 인쇄 회로 기판 및 상기 인쇄 회로 기판의 아래에 배치되는 복수의 전자 부품들을 보호할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 차폐 부재 및 상기 제2 차폐 부재는, 상기 복수의 전자 부품들 및 상기 쉴드 부재의 금속 성분에 의하여 누설되는 전자지장을 이중으로 차폐할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 차폐 부재는, 상기 제1 차폐 부재에서 차폐되지 못하고 누설되는 전자기장을 차폐할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 무선 충전 코일은, 제1 내경 및 상기 제1 내경보다 큰 제2 외경을 가진 나선형(spiral)의 형태로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 차폐 부재는 상기 제1 내경의 안쪽의 영역, 및 상기 제2 외경의 바깥쪽의 영역 중 적어도 하나를 차폐할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 차폐 부재는 하나의 연자성(soft magnetism) 부재 또는 복수개의 연자성 부재로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 차폐 부재 및 상기 제2 차폐 부재는 10kHz 내지 300kHz 주파수 대역의 전자기장을 차폐할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 차폐 부재는 자성체를 포함하는 연자성 시트일 수 있고, 상기 자성체는 비정질 리본(amorphous ribbon), 나노크스탈린 리본(nanocrystalline ribbon), 페라이트(ferrite), 및 폴리머(polymer) 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 웨어러블 전자 장치에 있어서,
    상기 웨어러블 전자 장치의 전면을 형성하는 디스플레이;
    상기 웨어러블 전자 장치의 외관의 적어도 일부를 형성하는 하우징;
    상기 디스플레이 아래에 배치되는 인쇄 회로 기판;
    상기 인쇄 회로 기판의 아래에 배치되는 복수의 전자 부품들;
    상기 웨어러블 전자 장치의 후면을 형성하는 후면 커버;
    상기 후면 커버에 인접하게 배치되는 도전성 코일;
    상기 도전성 코일과 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고, 상기 도전성 코일을 커버하는 제1 영역을 차폐하는 제1 차폐 부재; 및
    상기 제1 차폐 부재와 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고, 적어도 상기 제1 영역의 외부 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재를 포함하는, 웨어러블 전자 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전자 부품들과 상기 제2 차폐 부재 사이에 배치되는 쉴드(shield) 부재를 더 포함하고,
    상기 쉴드 부재는 상기 인쇄 회로 기판 및 상기 인쇄 회로 기판의 아래에 배치되는 복수의 전자 부품들을 보호하는, 웨어러블 전자 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 차폐 부재 및 상기 제2 차폐 부재는, 상기 복수의 전자 부품들 및 상기 쉴드 부재의 금속 성분에 의하여 누설되는 전자기장을 이중으로 차폐하는, 웨어러블 전자 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 차폐 부재는, 상기 제1 차폐 부재에서 차폐되지 못하고 누설되는 전자기장을 차폐하는, 웨어러블 전자 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 도전성 코일은, 전자기장이 인가되는 경우 전류를 발생시키는, 웨어러블 전자 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 도전성 코일은, 제1 내경 및 상기 제1 내경보다 큰 제2 외경을 가진 나선형(spiral)의 형태로 구성되는, 웨어러블 전자 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 차폐 부재는 상기 제2 외경의 바깥쪽의 영역을 차폐하는, 웨어러블 전자 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 차폐 부재는 상기 제1 내경의 안쪽의 영역을 차폐하는, 웨어러블 전자 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 차폐 부재 및 상기 제2 차폐 부재는 10kHz 내지 300kHz 주파수 대역의 전자기장을 차폐하는, 웨어러블 전자 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 차폐 부재는 자성체를 포함하는 자성 시트이고,
    상기 자성체는 비정질 리본(amorphous ribbon), 나노크스탈린 리본(nanocrystalline ribbon), 페라이트(ferrite), 및 폴리머(polymer) 중 적어도 하나로 구성된, 웨어러블 전자 장치.
  11. 웨어러블 전자 장치에 있어서,
    상기 웨어러블 전자 장치의 외관의 적어도 일부를 형성하는 하우징;
    상기 하우징이 형성하는 내부 공간에 안착되는 배터리;
    상기 배터리 아래에 배치되는 인쇄 회로 기판;
    상기 인쇄 회로 기판의 아래에 배치되는 복수의 전자 부품들;
    상기 웨어러블 전자 장치의 후면을 형성하는 후면 커버;
    상기 배터리와 전기적으로 연결되고 상기 후면 커버에 인접하게 배치되는 무선 충전 코일;
    상기 무선 충전 코일과 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고, 상기 무선 충전 코일을 커버하는 제1 영역을 차폐하는 제1 차폐 부재; 및
    상기 제1 차폐 부재와 상기 복수의 전자 부품들 사이에 배치되고, 상기 제1 영역과 상이한 제2 영역을 차폐하는 제2 차폐 부재를 포함하는, 웨어러블 전자 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 무선 충전 코일은 전자기장이 인가되는 경우 전류를 발생시키고,
    상기 발생된 전류는 상기 배터리로 유입되어 상기 배터리를 충전시키는, 웨어러블 전자 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 전자 부품들과 상기 제2 차폐 부재 사이에 배치되는 쉴드(shield) 부재를 더 포함하고,
    상기 쉴드 부재는 상기 인쇄 회로 기판 및 상기 인쇄 회로 기판의 아래에 배치되는 복수의 전자 부품들을 보호하는, 웨어러블 전자 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 차폐 부재 및 상기 제2 차폐 부재는, 상기 복수의 전자 부품들 및 상기 쉴드 부재의 금속 성분에 의하여 누설되는 전자지장을 이중으로 차폐하는, 웨어러블 전자 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 차폐 부재는, 상기 제1 차폐 부재에서 차폐되지 못하고 누설되는 전자기장을 차폐하는, 웨어러블 전자 장치.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 무선 충전 코일은, 제1 내경 및 상기 제1 내경보다 큰 제2 외경을 가진 나선형(spiral)의 형태로 구성되는, 웨어러블 전자 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2 차폐 부재는 상기 제1 내경의 안쪽의 영역, 및 상기 제2 외경의 바깥쪽의 영역 중 적어도 하나를 차폐하는, 웨어러블 전자 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제2 차폐 부재는 하나의 연자성(soft magnetism) 부재 또는 복수개의 연자성 부재로 구성된, 웨어러블 전자 장치.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 차폐 부재 및 상기 제2 차폐 부재는 10kHz 내지 300kHz 주파수 대역의 전자기장을 차폐하는, 웨어러블 전자 장치.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 차폐 부재는 자성체를 포함하는 연자성 시트이고,
    상기 자성체는 비정질 리본(amorphous ribbon), 나노크스탈린 리본(nanocrystalline ribbon), 페라이트(ferrite), 및 폴리머(polymer) 중 적어도 하나로 구성된, 웨어러블 전자 장치.

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