智能手環(huán)專利技術(shù)綜述

賈佳 張文英

【摘 要】現(xiàn)代人對健康狀況愈發(fā)關(guān)注，伴隨著微型化智能技術(shù)發(fā)展，智能手環(huán)亦隨之日新月異。本文立足于專利文獻(xiàn)，對有關(guān)智能手環(huán)的全球?qū)＠暾堖M(jìn)行分析，介紹了國內(nèi)外重要申請人的關(guān)鍵技術(shù)，為相關(guān)領(lǐng)域的專利審查工作提供技術(shù)支持，同時也為相關(guān)的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)提供了相關(guān)指引。

【關(guān)鍵詞】可穿戴；智能手環(huán)；專利分析

中圖分類號： F416.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0014-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.006

【Abstract】Modern people pay more and more attention to the health condition， along with the development of the miniaturized intelligent technology，the intelligent bracelet also changes rapidly.Based on the patent literature，this paper analyzes the global patent applications for smart bracelets，introduces the key technologies of important applicants at home and abroad，and provides technical support for patent review work in related fields.At the same time，it also provides relevant guidelines for related companies and research institutions.

【Key words】Wearable；Smart bracelet；Patent analysis

1 技術(shù)概述

伴隨著微型智能化技術(shù)的迅猛發(fā)展，近年來可穿戴設(shè)備越發(fā)受到大眾歡迎，美國最先在市場上推出智能手環(huán)，一經(jīng)推出就受到熱捧，隨即風(fēng)靡全世界，加速誘發(fā)專家聚焦和用戶體檢，正在潛移默化地影響著我們的健康理念和生活品味。

本文立足于專利分析，著重對智能手環(huán)的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行研究梳理，為智能手環(huán)的研發(fā)、專利申請?zhí)峁┲魏蛥⒖肌?/p>

2 專利申請整體狀況分析

2.1 全球歷年專利申請量

首先，對有關(guān)智能手環(huán)的歷年專利申請文件進(jìn)行全面檢索和統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖1所示。檢索時間限截止到2018年6月22日，其中，由于專利文獻(xiàn)從提出申請到向公眾公開有時間的延后，因此對于以下分析圖中有關(guān)2017年和2018年申請量的下降曲線不排除是由于樣本數(shù)據(jù)的不完整造成的。

由圖1可知，在全球范圍內(nèi)，智能手環(huán)專利技術(shù)發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：

萌芽階段（1990-2000年）：這個時期，智能手環(huán)的概念剛剛被提出，關(guān)乎其性能的數(shù)據(jù)處理器、通信網(wǎng)絡(luò)以及傳感器等相關(guān)技術(shù)仍然不能滿足商用的條件，企業(yè)對其研發(fā)和制造的熱情不高，屬于技術(shù)的萌芽階段。

發(fā)展期（2001-2012年）：伴隨著計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，該階段關(guān)于智能手環(huán)的申請量有逐年上升的趨勢。Fitbit公司于2009年推出了它們的第一款產(chǎn)品：一個U型夾子的健康追蹤器，用來記錄運動和睡眠數(shù)據(jù)。自此之后，越來越多的科技公司將目光投向這個領(lǐng)域，但是由于受限于成本因素和傳感器精度影響，消費市場還未全面打開，此后5年其專利申請量增長相對較慢，但呈現(xiàn)出穩(wěn)定的增長趨勢。

急速增長期（2013年至今）：隨著數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，2013-2017年間，智能手環(huán)的申請量呈井噴之勢增長，可穿戴智能手環(huán)的熱潮迅速被掀起，各互聯(lián)網(wǎng)公司、體育行業(yè)公司以及各創(chuàng)業(yè)公司，都紛紛將目光投向這個領(lǐng)域。

相比較于國外，國內(nèi)智能手環(huán)技術(shù)起步較晚，2013年以前幾乎沒有幾篇專利申請，這是由于早期國內(nèi)智能手環(huán)市場較小，國外申請人對中國市場不夠重視。2014年之后，隨著智能手環(huán)的飛速發(fā)展，以及國內(nèi)技術(shù)和中國經(jīng)濟(jì)的增長，國內(nèi)專利申請量開始有了相對較快的增長，出現(xiàn)了與全球申請量增長趨勢一致的增長速度。

2.2 國外主要申請人排名

圖2示出了國外主要申請人在智能手環(huán)領(lǐng)域申請專利的情況。從排名前10位的企業(yè)來看，主要來自美國、日本和韓國。其中，三星公司在智能手環(huán)方面投入了很多精力，專利申請量居世界首位；Fibit、Aliphcom（Jawbone母公司）以及Nike公司均是老牌的智能手環(huán)制造商，其產(chǎn)品Fitbit Force、Jawbone UP以及NIKE+均是智能手環(huán)的鼻祖產(chǎn)品；蘋果、LG和索尼公司，這些傳統(tǒng)的大型IT公司也非常積極地進(jìn)入可穿戴智能手環(huán)領(lǐng)域。

2.3 國內(nèi)主要申請人排名

圖3示出了國內(nèi)主要申請人在智能手環(huán)領(lǐng)域的申請專利情況。小米公司在智能手環(huán)領(lǐng)域表現(xiàn)突出，研究方向涉及傳感器、顯示器、數(shù)據(jù)處理等多個方面，專利申請量居國內(nèi)首位；小天才將智能手環(huán)的目標(biāo)群體定位為兒童，主要針對手環(huán)的定位追蹤、防水以及報警功能做出改進(jìn)，銷售市場大，專利申請量位居第二的位置；京東方主要聚焦在智能手環(huán)的顯示領(lǐng)域，其專利技術(shù)主要涉及智能手環(huán)的顯示面板的制造和驅(qū)動。此外，一些創(chuàng)新型企業(yè)，比如歌爾、埃微和樂心等，在專利申請量上也占有一定的優(yōu)勢。

3 技術(shù)分支及其發(fā)展?fàn)顩r

根據(jù)對智能手環(huán)技術(shù)背景的了解以及專利文獻(xiàn)的解讀，確定其技術(shù)分支為：傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)和提高續(xù)航時間技術(shù)。傳感器技術(shù)主要完成生理監(jiān)測（包括睡眠、心率、體溫、血壓等）和環(huán)境感知（包括溫度、濕度、光亮、壓力等）；智能穿戴設(shè)備中的常見顯示技術(shù)包括薄膜電晶體顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管和電子紙等，目前日本半導(dǎo)體實驗室、三星、蘋果等商業(yè)巨頭正在積極開發(fā)并推進(jìn)可彎曲的柔性屏幕；此外，在智能穿戴技術(shù)里，如何提高設(shè)備的續(xù)航時間也是關(guān)注的重點。

4 國內(nèi)外申請人技術(shù)路線分析

4.1 國外重要申請人技術(shù)路線分析

國外申請人在智能手環(huán)領(lǐng)域的專利文獻(xiàn)具有申請量大、申請時間早、核心技術(shù)多的特點和優(yōu)勢。其中，F(xiàn)itbit的專利布局較早，從公司創(chuàng)建初期至今專利申請數(shù)量一直穩(wěn)步增長。而三星作為老牌的大型電子公司，近年來對智能手環(huán)的研發(fā)持續(xù)投入，保持穩(wěn)定的申請量。通過分析以上2位國外申請人專利文獻(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)，有利于掌握行業(yè)的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)和發(fā)展方向。

4.1.1 Fitbit

Fibit從2007年成立以來一直致力于智能手環(huán)和手表等可穿戴設(shè)備的研究，專利申請一直比較活躍。

傳感器的設(shè)置和分布與用戶體征的監(jiān)測有直接關(guān)系，傳感器技術(shù)是Fitbit公司比較關(guān)注的。其中， US2014036643A通過設(shè)置環(huán)境傳感器來檢測在手環(huán)外殼表面上施加的物理接觸；US20150027523A利用心率傳感器和移動檢測傳感器生成使用者的心跳波形；US20170209055A通過使用光電容積脈搏波（PPG）傳感器對穿戴者的脈搏波進(jìn)行分析，進(jìn)而獲取用戶活動狀態(tài)。

為了提高續(xù)航時間，US9675281A提到基于檢測到使用者的狀態(tài)，當(dāng)手環(huán)作為跟蹤設(shè)備使用時，轉(zhuǎn)換到休眠狀態(tài)，通過改變傳感器的功耗可降低功率消耗，達(dá)到省電目的；US20160036118A通過無線充電的方式緩解了智能手環(huán)的續(xù)航問題；US9891595A通過優(yōu)化向用戶顯示圖像的方式，減少顯示器的能源消耗，增強(qiáng)了手環(huán)的電池壽命。

4.1.2 三星

三星公司早在2000年已經(jīng)開始進(jìn)行智能手環(huán)設(shè)備的技術(shù)研發(fā)，目前已經(jīng)有多款產(chǎn)品面世，并廣受歡迎。

在傳感器方面，EP2733581A在智能手環(huán)上設(shè)置有光學(xué)傳感器，處理器與光學(xué)傳感器進(jìn)行通信用于拍攝外部圖像；US2015335283A中設(shè)置有心電圖（ECG）傳感器以及生物傳感器（例如，脈搏、體溫、血壓、體脂等），用于獲取佩戴者的心電圖并對其進(jìn)行分析；KR20160128378A將各種傳感器進(jìn)行組合，深度或鄰近傳感器用于檢測何時用戶的手、手指或臉靠近了顯示器，慣性傳感器可用于激活或解鎖設(shè)備，以及檢測一個或多個手勢；觸覺輸入的傳感器，可向用戶提供觸覺反饋。

在顯示技術(shù)方面，WO2017116095A涉及智能手環(huán)的柔性顯示器，處理器將信息傳送至顯示屏中的顯示區(qū)域。

關(guān)于提高續(xù)航時間，KR20160105396A通過將可移除次電源耦合到電路，利用次電力對主電源充電，延長設(shè)備被穿戴的時間；WO2017074064A通過改變智能手環(huán)內(nèi)線圈的排列布置結(jié)構(gòu)，減少無線通信時的能量損耗。

4.2 國內(nèi)重要申請人技術(shù)路線分析

在國內(nèi)，小米公司2014年才開始涉足智能手環(huán)設(shè)備，雖然在該領(lǐng)域的起步較晚，但是十分重視專利，與技術(shù)研發(fā)同步進(jìn)行專利申請，布局專利保護(hù)，保證市場競爭力。此外，深圳埃微信息技術(shù)有限公司，雖然是新興企業(yè)，但其在智能手環(huán)領(lǐng)域的技術(shù)貢獻(xiàn)也是可圈可點。

4.2.1 小米

小米科技有限公司2014年涉足智能手環(huán)領(lǐng)域，以其技術(shù)和價格的優(yōu)勢，迅速占據(jù)國內(nèi)智能手環(huán)市場首位，其在智能手環(huán)領(lǐng)域?qū)＠暾埳婕暗募夹g(shù)也是比較全面的。

在傳感器方面，CN104158946A中設(shè)置有距離傳感器，判斷智能手環(huán)和綁定的手機(jī)之間的距離小于預(yù)設(shè)距離閾值時，才運行手機(jī)；CN104639966A中設(shè)置有各種傳感器，比如重力加速度傳感器、陀螺儀傳感器等，智能手環(huán)通過內(nèi)置傳感器采集用戶動作所產(chǎn)生的動作數(shù)據(jù)，比如手勢識別等；CN105768405A中設(shè)置有光傳感器，可以通過傳感器的感光度值獲取當(dāng)前環(huán)境的光線情況，如果當(dāng)前環(huán)境的光線情況滿足預(yù)設(shè)的亮度觸發(fā)條件，則開啟目標(biāo)燈具。

關(guān)于提高續(xù)航時間，CN104223612A通過控制環(huán)形本體中的環(huán)形導(dǎo)電線圈作切割磁力線運動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，并用蓄電模塊將感應(yīng)電流儲存起來，無需連接充電線、無需原始電源即可實現(xiàn)對智能手環(huán)的充電；CN105404382A根據(jù)智能手環(huán)檢測到的用戶行為狀態(tài)信息來自動開啟對應(yīng)的省電模式，達(dá)到省電目的。

顯示技術(shù)方面，CN105977280通過在曲面基底上依次形成薄膜晶體管、有機(jī)發(fā)光層和封裝結(jié)構(gòu)來構(gòu)成顯示裝置，各層結(jié)構(gòu)均可以制作的較薄，易于形成彎曲的顯示裝置。

4.2.2 深圳埃微信息技術(shù)有限公司

深圳埃微信息技術(shù)有限公司在智能手環(huán)方面的研究比較全面，旗下產(chǎn)品埃微蛋卷系列手環(huán)以及i6系列手環(huán)等均已面世。其中CN106385481A公開一種能語音控制的智能手環(huán)，包括骨傳導(dǎo)模塊，通過骨傳導(dǎo)模塊能更便捷、更清晰的接聽電話；CN106340246A涉及智能手環(huán)彎曲顯示屏的顯示方法，根據(jù)多個顯示區(qū)域在彎曲顯示屏上的位置以及多個注視角閾值范圍確定彎曲顯示屏的顯示參數(shù)，對用戶觀看角度較佳的顯示區(qū)域進(jìn)行高質(zhì)量的圖像顯示，降低對觀看角度不佳的顯示區(qū)域的圖像顯示質(zhì)量。

5 趨勢預(yù)測

智能手環(huán)在提高人們生活品質(zhì)、促進(jìn)生活方式智能化方面起到了很重要的作用，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，各類新型傳感器將不斷呈現(xiàn)，將各種新型傳感器應(yīng)用到智能手環(huán)上，實現(xiàn)更精確感測、更快速響應(yīng)、更豐富操作，是研究的一個重要方向；同時，隨著柔性顯示技術(shù)的日趨完善，可彎曲柔性屏幕也將是智能穿戴設(shè)備的研究熱點。

此外，目前市面上的智能手環(huán)大多數(shù)僅涉及監(jiān)測睡眠、運動提醒、智能鬧鐘等基礎(chǔ)功能，目前很少有專門針對用戶治療身體的手環(huán)，因此一款醫(yī)療級別的健康手環(huán)，也將會是未來智能手環(huán)的一個重要發(fā)展方向。

6 結(jié)語

目前，國內(nèi)外對智能手環(huán)技術(shù)的研究已取得一定進(jìn)展，通過本文的分析，有助于相關(guān)領(lǐng)域的企業(yè)以及科研機(jī)構(gòu)了解智能手環(huán)技術(shù)的專利發(fā)展現(xiàn)狀，同時可以使相關(guān)領(lǐng)域的企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)能夠在了解現(xiàn)有專利狀況的基礎(chǔ)上尋找新的突破口，加強(qiáng)創(chuàng)新，推動智能手環(huán)技術(shù)的發(fā)展。

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