WO2021006454A1 - 무선 전력 송수신 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템 - Google Patents

무선 전력 송수신 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템 Download PDF

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WO2021006454A1
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wireless power
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photoelectric
laser light
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윤진호
이성훈
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엘지전자 주식회사
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    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
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    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission and reception device, and more particularly, to a high-power wireless power transmission and reception device applicable to a display device.
  • U.S. Patent Publication No. US2017/0047790 A1 discloses performing wireless power transmission in military flights and military fields such as drones and UAVs using a laser.
  • a second object of the present invention is to provide a method of transmitting wireless power to a wall-mounted high-end TV and AV device through a laser-based medium and long-range wireless power transmission technology.
  • a third object of the present invention is to construct a system that converts electricity into optical energy that is not visible to the naked eye except for visible light.
  • the emission part may include a plurality of radiating fins arranged in a row and protruding under the support part.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a heating state of the receiving module of FIG. 5D.
  • the wireless power transmission module 200b is disposed to be spaced apart from the wireless power reception module 200a so as to face the wireless power reception module 200a of the display apparatus 100.
  • a laser diode that generates an infrared laser it is a laser that oscillates light in the range of 0.8 to 1,000 ⁇ m, preferably a gallium-arsenide semiconductor laser that emits light with a wavelength of 0.9 ⁇ m, or a glass laser and a YAG laser with a wavelength of 1.06 ⁇ m. have.
  • the injected carriers are confined by the potential barrier of the heterojunction and the density increases, so that the inversion distribution easily occurs and oscillation proceeds.
  • the fiber laser may include a medium doped therein.
  • a rare earth material erbium
  • the doped material may be included, and light having a higher wavelength band is generated by absorbing photons having a wavelength of 900 nm emitted from the laser diode by the doping material.
  • the light source unit 250 may be formed of a large-capacity module and may be disposed to be spaced apart from the optical expansion transmission unit 210 by a desired distance by connection of an optical fiber, and may be embedded.
  • the optical expansion transmission unit 210 has a predetermined width and includes an opening 127 that transmits light molded to the upper surface, and the width w1 of the opening 127 is a bar shape having a length of 150 to 250 mm. It can have (bar type).
  • the width w1 of the opening 127 may be preferably 190 to 210 mm long, and the case 127 of the optical expansion transmission unit 210 has the width w1 of the opening 127 as an upper width,
  • the cross-section of the side may have a size of about 130mm*100mm.
  • Light expansion by the beam expansion unit 215 may function as shown in FIG. 4A.
  • the light L3 transmitted to the wireless power receiving module 200a of the display apparatus 100 through the opening 127 of the optical expansion transmission unit 210 is infrared rays having a bar-type square cross section as shown in FIG. 4B. It could be a laser.
  • the photoelectric module 220 and the heat dissipation module 230 may be implemented in various forms, but may be physically contacted or disposed in close proximity to dissipate heat from the photoelectric module 220 to the outside.
  • the plurality of photoelectric cells 221 may be formed of a plurality of photoelectric diodes. That is, the photoelectric module 220 may form one bar-type photoelectric panel by forming a plurality of photoelectric diodes on one substrate.
  • the photoelectric panel includes a sealing layer that surrounds and seals the photoelectric cell 221, a front substrate positioned in front of the photoelectric diode on one surface of the sealing layer, and a rear substrate positioned on the other surface of the sealing layer on the rear surface of the photoelectric diode. I can.
  • the photoelectric diode is formed on a semiconductor substrate (eg, a single crystal semiconductor substrate, more specifically, a single crystal silicon wafer), and a first and second conductivity type having opposite conductivity types on or on the semiconductor substrate. It may include a mold region and first and second electrodes respectively connected thereto.
  • the semiconductor substrate may have a p-type or n-type with a low doping concentration, one of the first and second conductivity-type regions may have a p-type and the other may have an n-type.
  • the first or second conductivity-type region may be formed of a doped region formed by doping a dopant on a portion of the semiconductor substrate, or may be formed separately on the semiconductor substrate and formed of a dopant-doped semiconductor layer.
  • a plurality of photoelectric diodes are provided, and the first electrode of the photoelectric diode and the second electrode of the adjacent photoelectric diode are connected by wires or the like, so that the plurality of photoelectric cells 221 form a row. Can be formed.
  • Various known structures may be applied to the structure of the photoelectric cell 221 and the connection structure of the plurality of photoelectric cells 221.
  • a silicon single crystal semiconductor photodiode is used as the photoelectric diode.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the sealing layer encloses and seals the photoelectric diode to block moisture or oxygen that may adversely affect the photoelectric diode.
  • a part constituting the photoelectric module 220 ie, a front substrate, a photoelectric diode, and a rear substrate are chemically combined.
  • the rear substrate, sealing), a photoelectric diode or wire, and the front substrate are sequentially stacked. Later, they can be integrated by performing a lamination process or the like in which they are bonded by applying heat and/or pressure.
  • the rear substrate may have an intensity capable of protecting the photoelectric diode from external impact, and may transmit or reflect light according to the structure of a desired photoelectric panel.
  • the rear substrate in a structure in which light is incident through the rear substrate, the rear substrate may have a light-transmitting material, and in a structure in which light is reflected through the rear substrate, the rear substrate may be composed of a non-transmissive material or a reflective material.
  • the rear substrate may be configured in the form of a substrate such as glass, or may be configured in the form of a film or sheet.
  • the radiating fins may be arranged in a row along the X-axis, have a radiating surface having Y-axis and Z-axis as sides, and are formed as fins having a thin thickness. That is, a plurality of radiating fins may be formed in a comb type under the support part 231.
  • the photoelectric module 220 is disposed to face the opening 217 of the wireless power transmission module 200b disposed below.
  • the heat dissipation module 230b may be formed of a metal having high thermal conductivity, for example, steel or an alloy including copper, but is not limited thereto.
  • the radiating fins protrude from the support part 231 in the z-axis may be arranged in a line along the X-axis, have a radiating surface having a YZ axis as a side, and are formed as fins having a thin thickness. That is, a plurality of radiating fins may be formed in a comb type as the lower surface of the support part 231.
  • the upper radiating fins 232a and 232b are formed in two groups respectively formed on both sides of the short axis of the photoelectric module 220, but may be formed on both sides of the long axis. In addition, it may be formed to surround all four sides of the photoelectric module 220.
  • the heat radiation module 230 may further include a heat radiation fan 270 for circulating heat under the lower heat radiation fin 233.
  • the heat dissipation module 230d includes a support portion 231 supporting the photoelectric module 220 and a plurality of emission portions 232 protruding toward the side of the support portion 231 to emit heat.
  • the heat dissipation module 230d may be formed of a metal having high thermal conductivity, for example, an alloy including steel or copper, but is not limited thereto.
  • the heat absorbed by the support part 231 is formed in a structure in which heat is radiated to the outside of the space between the radiating fins 237a and 237b formed on both sides of the support 231 and the ends of the radiating fins 237a and 237b.
  • the control unit 260 may include a dc-dc converter for this purpose, and power suitable for a level may be supplied to various modules of the display apparatus 100.
  • display device 110 display
  • control unit 240, 260 control unit

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치; 상기 디스플레이 장치에 전력을 공급하는 무선 전력 수신모듈; 및 상기 무선 전력 수신모듈을 향해 레이저 광을 방출하는 무선 전력 송신모듈을 포함하며, 상기 무선전력 수신모듈은 바 타입으로 형성되며, 상기 무선전력 송신모듈은 특정 대역의 광을 레이저로 방출하는 광원부, 및 상기 광원부의 광을 성형하여 서로 다른 단면을 가지는 레이저 광으로 변환하여 출력하는 광 성형부를 포함하는 디스플레이 시스템을 제공한다. 따라서, EMI규제를 만족시킬 수 있는 레이저 기반 무선 전력전송을 수행하여, 벽걸이형 고급 TV 및 AV 기기에 무선전력을 전송할 수 있다.

Description

무선 전력 송수신 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템
본 발명은 무선 전력 송수신 장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 디스플레이 장치에 적용 가능한 고출력 무선 전력 송수신 장치에 대한 것이다.
영상표시장치는 영상을 출력하는 장치이다. 영상표시장치는, 디스플레이 패널을 통해 영상을 출력하거나, 가시광 등을 이용하여 영상을 외부로 투사하는 등 다양한 방식이 있다.
이러한 영상표시장치의 대형화, 고급화 경향에 따라, 영상표시장치의 디스플레이와, 디스플레이로 비디오 신호를 공급하는 신호 처리 장치가 이격되어 제공되고 있다.
한편, 다양한 전자 기기들은 전력 공급이 필수적으로 요구되므로, 전자 기기들이 각각 개별적으로 구비하는 전기 코드(전원 연결 케이블)를 콘센트에 연결하여 전력을 공급받는다. 이 경우에, 다수의 전기 코드는 관리, 안전, 공간 활용 측면에서 부정적인 영향을 끼치는 문제점이 있었다.
이의 일환으로 다양한 전자 기기의 기능을 제공하면서도 전기 코드를 최소화할 수 있는 무선전력을 이용한 전력 전달이 연구되고 있다.
이때, 영상표시장치에 무선전력을 이용하여 전력을 전달함에 있어, 특히, 한국공개특허공보 10-2018-0089763에서는 벽걸이 TV의 형태로 영상을 표시하는 영상표시장치에 무선전력을 통해 전력을 전달하는 것이 개시되어 있다.
그러나, 이와 같은 자기장을 이용한 전력 전송은 전송 거리 증가에 따라 자기장의 강도를 높여 전송 거리와 전송 전력을 증가시키는 구조를 가지고 있는 바, EMI의 규제를 만족하기 어려운 구조적 한계가 있다.
이와 달리, 원거리 전력 송신을 위해 미국특허공보 US8525097B2 에는 에너지 송수신부 양쪽에 레트로 리플렉터(Retro-Reflector)를 설치하여, 광에너지가 자유 공간에서 서로 펌핑되며 에너지 밀도를 높여 전송하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 레트로 리플렉터를 사용하면 비용이 많이 발생하고, 실제로는 자유Retro-공간에서 공기중에 손실 없이 에너지 펌핑이 이루어지기 어려운 문제가 발생한다.
한편, 미국공개특허 US2017/0047790 A1 에서는 레이저를 이용하여 드론, UAV와 같은 군사비행 및 군사분야에 무선전력 전송을 수행하는 것이 개시되어 있다.
그러나, 이와 같은 선행 문헌에서는 주로 움직이거나, 이동하는 장비를 추적하는 방식에 대한 것으로, 레이저 스캐너 및 카메라와 같은 물체 인식 장비를 이용하여 에너지를 전송하고자 하는 물체를 파악한 다음, 그 정보를 이용하여 정확한 위치에 레이저 에너지를 전송하는 방법이 개시되어 있다.
즉, 공개 문헌의 경우, 이동하는 물체를 파악하여 무선 전력을 전송 가능하도록 하는 것에 포커싱되어 있을 뿐 전력 전송의 효율 및 비용은 전혀 고려되지 않아 그 효율 및 비용의 문제가 발생한다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
미국특허공보 US8525097B2 (공개일 : 2010년 12년 23일)
미국공개특허 US2017/0047790 A1 (공개일 : 2017년 02년 16일)
본 발명의 제1 과제는 EMI규제를 만족시킬 수 있는 전력전송 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 과제는 레이저 기반 중장거리 무선전력 전송 기술을 통하여, 벽걸이형 고급 TV 및 AV 기기에 무선전력을 전송하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제3 과제는 전기를 가시광선을 제외한 육안으로 보이지 않는 광학 에너지로 변경하는 시스템을 구성하는데 있다.
본 발명의 제4 과제는 육안으로 확인 되지 않는 광학 에너지를 목표로 하는 타겟으로 전송하고, 파악된 위치에 광학에너지를 손실/거리 상관없이 전송는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제5 과제는 전송된 광학 에너지를 전기에너지로 변환하고, 변환과정에서 발생된 발열을 냉각시켜 효율을 보장하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 바 타입의 무선 전력 송수신 장치에 있어서, 특정 대역의 광을 레이저로 방출하는 광원부, 및 상기 광원부의 광을 성형하여 서로 다른 단면을 가지는 레이저 광으로 변환하여 출력하는 광 성형부를 포함하는 무선 전력 송수신 장치를 제공한다.
상기 광원부는 적외선 대역의 레이저 광을 생성할 수 있다.
상기 광 성형부는, 상기 광원부로부터 단면이 원형인 레이저 광을 수신하여 사각형의 단면으로 성형하여 출력할 수 있다.
상기 광 성형부는, 상기 광원부로부터 제1 직경을 가지는 원형의 레이저 광을 제2 직경을 가지는 원형의 레이저 광으로 변환하는 빔 확장기, 그리고 상기 빔 확장기로부터 상기 제2 직경을 가지는 원형의 레이저 광을 수신하여 단면이 사각형인 레이저 광으로 성형하여 출력하는 회절 광학 소자를 포함할 수 있다.
상기 제2 직경은 상기 제1 직경의 정수배일 수 있다.
한편, 본 발명은 디스플레이 장치; 상기 디스플레이 장치에 전력을 공급하는 무선 전력 수신모듈; 및 상기 무선 전력 수신모듈을 향해 레이저 광을 방출하는 무선 전력 송신모듈을 포함하며, 상기 무선전력 수신모듈은 바 타입으로 형성되며, 상기 무선전력 송신모듈은 특정 대역의 광을 레이저로 방출하는 광원부, 및 상기 광원부의 광을 성형하여 서로 다른 단면을 가지는 레이저 광으로 변환하여 출력하는 광 성형부를 포함하는 디스플레이 시스템을 제공한다.
상기 광원부는 적외선 대역의 레이저 광을 생성할 수 있다.
상기 광 성형부는, 상기 광원부로부터 단면이 원형인 레이저 광을 수신하여 사각형의 단면으로 성형하여 출력할 수 있다.
상기 광 성형부는, 상기 광원부로부터 제1 직경을 가지는 원형의 레이저 광을 제2 직경을 가지는 원형의 레이저 광으로 변환하는 빔 확장기, 그리고 상기 빔 확장기로부터 상기 제2 직경을 가지는 원형의 레이저 광을 수신하여 단면이 사각형인 레이저 광으로 성형하여 출력하는 회절 광학 소자를 포함할 수 있다.
상기 제2 직경은 상기 제1 직경의 정수배일 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 화상을 표시하는 표시부; 및 상기 표시부를 둘러싸는 베젤을 포함할 수 있다.
상기 무선전력 수신모듈은 상기 베젤에 바 타입으로 형성될 수 있다.
상기 무선전력 수신모듈은 상기 무선전력 송신모듈과 마주보는 바 타입의 광전 모듈 및 상기 광전 모듈과 접촉되어 상기 광전 모듈의 열을 외부로 방출하는 방열 모듈을 포함할 수 있다.
상기 광전 모듈은 바 타입의 길이 방향을 따라 배열되어 있는 복수의 광전 다이오드를 포함하며, 상기 광전 다이오드가 상기 레이저 광을 수신하여 전류로 전환할 수 있다.
상기 방열 모듈은 상기 광전 모듈과 접촉하는 지지부, 상기 지지부로부터 돌출되어 상기 지지부의 열을 외부로 방출하는 방출부를 포함할 수 있다.
상기 방출부는 상기 지지부의 하부로 일렬로 배열되어 돌출되는 복수의 방열핀을 포함할 수 있다.
상기 방출부는 상기 지지부의 상부에서 상기 광전 모듈 주위에서 돌출되어 열을 방출하는 복수의 방열핀을 더 포함할 수 있다.
상기 지지부는 상기 광전 모듈 하부로 소정 길이만큼 돌출되어 형성되고, 상기 방출부는 상기 지지부의 측면으로 돌출되는 복수의 방열핀을 포함할 수 있다.
상기 무선전력 송신모듈은 상기 무선전력 수신모듈과 소정 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.
상기 해결 수단을 통해, 본 발명은 EMI규제를 만족시킬 수 있는 레이저 기반무선 전력전송을 수행하여, 벽걸이형 고급 TV 및 AV 기기에 무선전력을 전송할 수 있다.
또한, 전기를 가시광선을 제외한 육안으로 보이지 않는 광학 에너지로 변경하여 제공하여 사용자에게 거부감 없이 전력 전송이 가능하며, 육안으로 식별되지 않는 광학 에너지를 목표로 하는 타겟으로 전송하고, 파악된 위치에 광학에너지를 손실을 최소화하면서 전달 가능하다. 또한, 전송된 광학 에너지를 전기에너지로 변환하고, 변환과정에서 발생된 발열을 냉각시켜 효율을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 무선 전력 송수신 장치의 블록도이다.
도 3은 도 1의 무선전력 송신 모듈을 나타내는 구성도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 송신 모듈에서 변화하는 광의 형태를 나타내는 것이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 2의 수신 모듈의 다양한 실시예를 나타낸 것이다.
도 6은 도 5d의 수신 모듈의 발열 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 2의 송신 모듈의 광 어레이에 따른 출력 효율을 나타내는 그래프이다.
이하에서 언급되는 “전(F)/후(R)/좌(Le)/우(Ri)/상(U)/하(D)” 등의 방향을 지칭하는 표현은 도면에 표시된 바에 따라 정의하나, 이는 어디까지나 본 발명이 명확하게 이해될 수 있도록 설명하기 위한 것이며, 기준을 어디에 두느냐에 따라 각 방향들을 다르게 정의할 수도 있음은 물론이다.
이하에서 언급되는 구성요소 앞에 ‘제1, 제2' 등의 표현이 붙는 용어 사용은, 지칭하는 구성요소의 혼동을 피하기 위한 것일 뿐, 구성요소 들 사이의 순서, 중요도 또는 주종관계 등과는 무관하다. 예를 들면, 제1 구성요소 없이 제2 구성요소 만을 포함하는 발명도 구현 가능하다.
도면에서 각 구성의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
이하 도 1 및 도 2를 참조하여, 무선전력 송수신 장치를 포함하는 디스플레이 시스템을 예로 들어 설명하나, 반드시 이에 한정될 필요는 없다.
이하, 상기와 같은 무선 전력 송수신장치를 포함하는 디스플레이 시스템에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 송수신장치를 포함하는 디스플레이 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 무선 전력 송수신 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 시스템은 무선 전력 수신모듈(200a), 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신모듈(200a)로부터 전원을 공급받는 디스플레이 장치(100)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(100)는 유선으로 무선 전력 수신모듈(200a)로부터 전원을 공급받을 수 있도록 형성된다.
이러한 디스플레이 장치(100)는 기능적으로, 전면에 배치되어 있어 영상 데이터에 따라 화상을 표시하는 표시부(110), 외부로 음성 데이터에 따라 음성을 생성하는 스피커(130), 외부와 통신하기 위한 통신부(140) 및 무선 전력 수신모듈(200a)로부터 전원을 받아 각 기능 모듈을 제어하는 프로세서(도시하지 않음)을 포함할 수 있다.
표시부(110)는 LCD, LED, OLED 등의 모듈로 형성될 수 있으며, 프레임을 형성하는 베젤(120)에 의해 고정되어 화상을 표시한다.
이와 같은 베젤(120)의 하단 뒷면으로 무선 전력 수신모듈(200a)이 형성될 수 있으며, 무선 전력 수신모듈(200a)은 베젤(120)의 아래로 일부가 노출되도록 설치된다. 무선 전력 수신모듈(200a)은 무선 전력 송신모듈(200b)로부터 무선으로 전력을 수신하여 제어부(260)를 통해 디스플레이 장치(100)의 다양한 모듈에 전원을 공급한다.
이 경우, 무선 전력 수신모듈(200a)은 복수의 광전 다이오드가 어레이되어 무선 전력 송신모듈(200b)로부터의 레이저 광을 수신하여 광전 변환하여 전력을 생성한다.
이와 같은 디스플레이 장치(100)는 베젤(120)의 하단, 디스플레이 장치(100)의 뒷면으로 무선 전력 수신모듈(200a)을 길이 방향으로 연장된 바 형태(bar type)로 포함할 수 있으며, 별도의 전원 공급을 위한 전선을 포함하지 않는다. 따라서, 외부로 노출되는 전선 및 플러그를 포함하지 않아 벽걸이 TV 등의 경우 전선 처리가 용이하다.
한편, 무선 전력 송신모듈(200b)은 디스플레이 장치(100)의 무선 전력 수신모듈(200a)와 대향하도록 무선 전력 수신모듈(200a)과 이격되어 배치되어 있다.
무선 전력 송신모듈(200b)은 다양한 지지면 위에 배치되어 있을 수 있으며, 지지면은 도 1과 같이 디스플레이 장치(100)의 하단부에 배치되는 가구, 셋탑박스 등의 전기장치 등이 될 수 있으며, 무선 전력 송신모듈(200b)과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
이와 같은 무선 전력 송신모듈(200b)은 복수의 모듈로 분할하여 형성될 수 있으며, 구체적으로는, 레이저를 생성하는 광원부(250)를 포함하며, 광원부(250)로부터 생성된 레이저를 무선 전력 수신모듈(200a)로 무선으로 에너지 전송하는 광 확장 전송부(210)가 분리되어 배치될 수 있으며, 광원부(250)와 광 확장 전송부(210) 사이에 광을 전달하기 위한 광 전달부(240)를 포함한다.
이러한 광 전달부(240)는 광 섬유로 구현될 수 있으며, 광원부(250)로부터 생성된 광학 에너지를 광섬유 내에서 전반사하여 광 확장 전송부(210)로 전달한다.
광원부(250)는 특정 파장의 레이저를 생성하기 위한 모듈로서, 일 예로 높은 에너지를 가지는 적외선 레이저를 생성하는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.
적외선 레이저를 생성하는 레이저 다이오드의 경우, 0.8~1,000μm 범위의 빛을 발진하는 레이저로서 바람직하게는 파장 0.9μm 대의 빛을 방사하는 갈륨-비소 반도체 레이저 또는 파장 1.06μm의 유리 레이저 및 YAG 레이저일 수 있다.
더욱 바람직하게는 파장이 970 내지 980nm의 빛을 방사하는 갈륨-비소 적외선 레이저일 수 있으며, 이러한 레이저 소자는 GaAs/GaAlAs의 헤테로 접합 레이저로서, 상온에서 동작이 가능하고 고출력이 가능하다.
이러한 헤테로 접합 레이저는 주입된 캐리어가 헤테로 접합의 포텐셜 장벽에 의해서 가둬져 그 밀도가 증가함으로써 반전 분포가 쉽게 발생하여 발진이 진행된다.
이와 같은 헤테로 접합 레이저는 중앙의 GaAs의 굴절률이 양쪽 물질의 굴절률보다 크기 때문에 발생한 빛은 중앙부에 가두어져 전기한 캐리어 봉입 효과와 맞물려 발진에 필요한 쓰레솔드 전류를 끌어내릴 수 있다.
한편, 광원부(250)는 특정 파장의 레이저를 생성하기 위한 모듈로서 높은 에너지를 가지는 적외선 레이저를 생성하는 광섬유 레이저를 포함할 수 있다.
적외선 레이저를 생성하는 광섬유 레이저의 경우, 0.8~1,000μm 범위의 빛을 발진하는 광 펌프로서 레이저 다이오드를 포함하고, 레이저 다이오드와 연결되어 레이저 다이오드로부터 방출되는 빛을 반사하면서 증폭하여 레이저를 형성한다.
이때, 광섬유 레이저는 내부에 도핑된 매질을 포함할 수 있다. 도핑되는 물질로서, 희토류 물질인 어븀을 포함할 수 있으며, 이와 같은 도핑 물질에 의해 레이저 다이오드로부터 방출되는 900nm 대의 파장을 가지는 광자를 흡수하여 더 높은 파장대의 파장을 가지는 빛을 생성하게 된다.
이때, 방출되는 파장에 따라 도핑되는 물질이 선택될 수 있으며, 위에 한정되는 것은 아니다.
광원부(250)는 레이저 다이오드와 연결되어 있는 광섬유를 포함하여 형성될 수 있으며, 광섬유의 길이에 따라 특정 파장의 적외선 레이저가 방출될 수 있다. 광원부(250)가 광섬유의 일단, 즉 광 확장 전송부(210)와 연결되는 광섬유의 헤드에서 출력되는 레이저는 1000 와트 이상의 전력을 포함할 수 있다.
이때, 연결되어 있는 광섬유는 광원부(250)를 이루는 모듈 외부로 노출되어 광 확장 전송부(210)로 연결되어 광섬유의 헤드를 통해 광 확장 전송부(210)로 광원부(250)로부터의 광을 전달한다.
광원부(250)는 대용량의 모듈로 이루어질 수 있으며 광섬유의 연결에 의해 광 확장 전송부(210)와 원하는 거리만큼 이격되어 배치될 수 있으며, 매립 가능하다.
따라서, 대면적의 디스플레이 장치(100)로 무선 전력을 전송하기 위한 전송 모듈(200b)로서는 디스플레이 장치(100) 하부에 대향하여 광 확장 전송부(210)를 이루는 모듈만이 외부로 노출될 수 있다.
이러한 광 확장 전송부(210)는 도 3과 같은 구조를 가질 수 있다.
도 3을 참고하면, 광 확장 전송부(210)는 빔 확장부(215)와 빔 성형부(216)를 포함한다. 광 확장 전송부(210)는 케이스 내에 빔 확장부(215)와 빔 성형부(216)를 이루는 복수의 렌즈가 수납되어 있으며, 광의 외부 누설을 막는 차폐 구조를 가지고 있는 광학 모듈이다.
이러한 광 확장 전송부(210)는 소정의 폭을 가지며, 상면으로 성형된 광을 전송하는 개구부(127)를 포함하며, 개구부(127)의 폭(w1)은 150 내지 250mm 의 길이를 가지는 바 형태(bar type)를 가질 수 있다. 개구부(127)의 폭(w1)은 바람직하게는 190 내지 210mm의 길이일 수 있으며, 광 확장 전송부(210)의 케이스(127)가 개구부(127)의 폭(w1)을 상부 폭으로 가지고, 측면의 단면이 130mm*100mm 정도의 크기를 가질 수 있다.
케이스 내의 빔 확장부(215) 및 빔 성형부(216)는 광 전달부(240)인 광섬유의 헤드로부터 전송되는 광의 크기를 확장하거나, 광의 형상을 변형하여 방출하는 복수의 렌즈로 구현가능하다.
빔 확장부(215)는 광 전달부(240)인 광섬유의 헤드와 연결되어 있으며, 광섬유의 헤드로부터 특정 파장의 광을 수신하고, 광의 단면적을 확장하여 방출하는 렌즈로 구현된다.
빔 확장부(215)에 의한 광 확장은 도 4a와 같이 기능할 수 있다.
즉, 도 4a를 참고하면, 광섬유의 헤드로부터 방출되는 광(L1)은 단면이 원형인 적외선 레이저광으로서, 광(L1)의 단면은 도 4a와 같이 직경이 d1을 충족하는 원형일 수 있다.
이러한 광(L1)의 단면의 크기는 빔 프로파일러를 광섬유 헤드 앞에 배치한 후 측정함으로써 레이저 광의 단면 형상을 측정할 수 있다.
이러한 레이저 광은 광섬유 헤드와 연결되어 있는 빔 확장부(215)에서 설정되어 있는 확장계수에 의해 소정 넓이를 가지는 단면의 광으로 변환된다.
확장계수는 임의의 정수일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로 빔 확장부(215)에서 확장 계수가 2배로 설정되어 있는 경우, 도 4a와 같이 빔 확장부(215)의 렌즈를 통해 굴절된 광(L2)은 직경이 d2를 충족하는 출력 광으로 방출된다.
이와 같이 직경이 확장된 출력 광(L2)은 빔 성형부(216)로 수렴된다.
빔 성형부(216)는 Homogenizer DOE(Diffractive Optical Elements) 인 광학 소자로서, 이와 같은 회절 광학 소자는 에너지 효율적인 방식으로 레이저 빔을 형성하고 분할하는 소자이다.
빔 성형부(216)는 회절 빔 형성기로서, 공간적으로 일관된 레이저의 농도 및 위상 프로파일을 성형하여 형상을 변화한다. 입력 광의 입사 위상 조작을 통해 출력 광에서 사실상 무한하며, 얼룩이 없는 농도 형상을 얻을 수 있으며, 효율을 확보하면서 입력광을 원하는 형상으로 성형하여 출력할 수 있다.
이러한 빔 성형부(216)는 균질기(Homogenizer) 및 회절 산광기를 포함할 수 있으며, 이를 통해 출력되는 광(L3)의 단면은 도 4b와 같이 사각형의 형상을 가질 수 있다.
이때, 광(L3)의 단면의 사각형은 폭이 케이스의 개구부(127)의 폭(w1)과 동일하도록 150 내지 250mm 의 길이를 가지는 바 형태를 가질 수 있다. 이때, 폭은 바람직하게는 190 내지 210mm일 수 있으며, 길이는 10 내지 15mm, 바람직하게는 11 내지 12mm 일 수 있다.
이와 같이 단면이 원형인 광(L3)을 수신하여 단면이 바 타입의 사각형을 갖도록 광(L3)을 성형하여 출력할 때, 광(L3) 성형에 따른 광 손실을 최소화하도록 세팅할 수 있으며, 이에 의한 광 손실은 10% 이하를 충족하도록 한다.
이와 같이 광 확장 전송부(210)의 개구부(127)를 통하여 디스플레이 장치(100)의 무선 전력 수신모듈(200a)로 전송되는 광(L3)은 도 4b와 같은 바 타입의 사각형의 단면을 가지는 적외선 레이저일 수 있다.
이러한 레이저는 적어도 100W 내지 200W의 전력을 광학 에너지로 포함하고 있으며, 무선 전력을 광학 에너지로 송신함으로써 무선 전력 수신모듈(200a)까지의 거리에 크게 영향을 받지 않고 무선 전력을 전송할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신 모듈(200b)과 무선 전력 수신모듈(200a) 사이의 거리는 0.5 내지 1.5m 사이를 충족할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 2 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 무선 전력 수신모듈(200a)은 광전 모듈(220) 및 방열 모듈(230)을 포함한다.
무선 전력 수신모듈(200a)은 무선전력 송신 모듈(200b)의 개구부(127)와 대향하며 개구부(127)를 통해 방출되는 바 타입의 사각형의 단면을 가지는 레이저 광을 수신하여 광전 변환하는 광전 모듈(220) 및 광전 모듈(220)로부터 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 방열 모듈(230)로 구현될 수 있다.
광전 모듈(220) 및 방열 모듈(230)은 다양한 형태로 구현가능하나, 광전 모듈(220)의 열을 외부로 방출하기 위해 물리적으로 접촉 또는 근접하여 배치되도록 구현될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 이와 같은 무선전력 수신 모듈(200a)의 다양한 실시예를 도시한 것이다.
도 5a를 참고하면, 본원 발명의 무선전력 수신 모듈(200a)은 바 타입을 이루며 형성되는 광전 모듈(220)을 포함한다.
광전 모듈(220)은 수신되는 레이저 광에 따라 활성화되어 전류로 변환하는 전지 소자로서, 바 타입의 길이 방향을 따라 어레이 되어 있는 복수의 광전 셀(221)을 포함한다.
복수의 광전 셀(221)은 복수의 광전 다이오드로 형성될 수 있다. 즉, 광전 모듈(220)은 하나의 기판 위에 복수개의 광전 다이오드가 형성되어 바 타입의 하나의 광전 패널을 형성할 수 있다. 광전 패널은 광전 셀(221)을 감싸면서 밀봉하는 밀봉층과, 밀봉층의 일면 위에서 광전 다이오드의 전면에 위치하는 전면 기판과, 밀봉층의 타면 위에서 광전 다이오드의 후면에 위치하는 후면 기판을 포함할 수 있다.
일 예로, 광전 다이오드는, 반도체 기판(예를 들어, 단결정 반도체 기판, 좀더 구체적으로, 단결정 실리콘 웨이퍼)과, 반도체 기판에 또는 반도체 기판 위에 형성되며 서로 반대되는 도전형을 가지는 제1 및 제2 도전형 영역과, 이들에 각기 연결되는 제1 및 제2 전극을 포함할 수 있다. 여기서, 반도체 기판은 낮은 도핑 농도의 p형 또는 n형을 가질 수 있고, 제1 및 제2 도전형 영역 중 하나는 p형을 가질 수 있고 다른 하나는 n형을 가질 수 있다. 그리고 제1 또는 제2 도전형 영역은 반도체 기판의 일부에 도펀트를 도핑하여 형성되는 도핑 영역으로 이루어질 수도 있고, 반도체 기판 위에 별도로 형성되며 도펀트가 도핑된 반도체층으로 이루어질 수 있다.
그리고 광전 다이오드가 복수로 구비되며, 광전 다이오드의 제1 전극과 이에 이웃한 광전 다이오드의 제2 전극은 와이어 등에 의하여 연결되어, 복수 개의 광전셀(221)이 하나의 열을 이루는 광전 스트링(string)을 형성할 수 있다. 광전 셀(221)의 구조 및 복수의 광전 셀(221)의 연결 구조 등은 알려진 다양한 구조가 적용될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 광전 다이오드로 실리콘 단결정 반도체 광전 다이오드을 사용하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
밀봉층은 광전 다이오드를 감싸면서 밀봉하여, 광전 다이오드에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단한다. 그리고 광전 모듈(220)을 구성하는 부분(즉, 전면 기판, 광전 다이오드, 및 후면 기판들을 화학적으로 결합한다. 후면 기판, 밀봉), 광전 다이오드 또는 와이어, 제1 밀봉) 및 전면 기판을 차례로 적층한 후에 이들을 열 및/또는 압력을 가하여 접합하는 라미네이션 공정 등을 수행하여 이들을 일체화할 수 있다.
밀봉층은 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다. 밀봉층은 그 외 다양한 물질을 이용하여 라미네이션 이외의 다른 방법에 의하여 형성될 수 있다.
전면 기판은 밀봉층 상에 위치하여 광전 패널의 전면을 구성한다. 전면 기판은 외부의 충격 등으로부터 광전 다이오드를 보호할 수 있는 강도와 광을 투과할 수 있는 광 투과성을 가지는 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 전면 기판은 유리 기판 등으로 구성될 수 있다. 이때, 강도를 향상할 수 있도록 전면 기판이 강화 유리 기판으로 구성될 수도 있고, 그 외의 다양한 특성을 향상할 수 있는 다양한 물질을 추가적으로 포함하는 등과 같이 다양한 변형이 가능하다. 또는, 전면 기판이 수지 등으로 구성되는 시트 또는 필름일 수도 있다. 즉, 본 발명이 전면 기판의 물질에 한정되는 것은 아니며, 전면 기판이 다양한 물질로 구성될 수 있다.
후면 기판는 밀봉층 상에 위치하여 광전 다이오드의 후면에서 광전 다이오드를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 할 수 있다.
후면 기판은 외부의 충격 등으로부터 광전 다이오드를 보호할 수 있는 강도를 가질 수 있으며, 원하는 광전 패널의 구조에 따라 광을 투과하거나 반사하는 특성을 가질 수 있다. 일 예로, 후면 기판을 통하여 광이 입사되도록 하는 구조에서는 후면 기판이 투광성 물질을 가질 수 있고, 후면 기판을 통하여 광이 반사되도록 하는 구조에서는 후면 기판이 비투광성 물질 또는 반사 물질 등으로 구성될 수 있다. 일 예로, 후면 기판는 유리와 같은 기판 형태로 구성될 수도 있고, 필름 또는 시트 등의 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 후면 기판이 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 적어도 일면에 형성된 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF) 수지 등으로 구성될 수 있다. 폴리불화비닐리덴은 (CH2CF2)n의 구조를 지닌 고분자로서, 더블(Double)불소분자 구조를 가지기 때문에, 기계적 성질, 내후성, 내자외선성이 우수하다. 본 발명이 후면 기판의 물질 등에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 복수의 층으로 구성된 광전 패널을 안정적으로 고정하기 위하여 광전 패널의 외곽부가 고정되는 프레임(222)이 위치할 수 있다. 도면에서는 광전 패널의 외곽부 전체가 프레임(222)에 고정되는 것으로 도시되어 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 프레임(222)이 광전 패널의 일부 가장자리만을 고정하는 등 다양한 변형이 가능하다.
이러한 광전 모듈(220)을 지지하며, 광전 모듈(220)이 광전 변환을 수행하면서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 방열 모듈(230a)이 배치되어 있다.
방열 모듈(230a)은 도 5a와 같이, 광전 패널의 후면 기판으로 광이 입사하는 경우, 전면 기판과 부착되도록 부착 시트(225)를 통해 접촉되어 있으며, 광전 모듈(220)과 직접 부착되어 광전 모듈(220)로부터의 열을 전도를 통해 전달받아 외부로 방출한다.
이러한 방열 모듈(230a)은 광전 모듈(220)을 지지하는 지지부(231) 및 지지부(231) 하부로 돌출되어 열을 방출하는 방출부(232)를 포함한다.
방열 모듈(230)은 지지부(231)와 방출부(232)가 하나의 모듈로서 일체화되어 있을 수 있으며, 하나의 물질로 사출 성형되어 형성될 수 있다.
이러한 방열 모듈(230)은 열 전도성이 높은 금속, 일 예로 스틸, 구리를 포함하는 합금 등으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
방출부(232)는 지지부(231) 하부로 돌출되는 복수의 방열핀을 포함한다.
방열핀은 X축을 따라 일렬로 배열될 수 있으며, Y축 및 Z축을 변으로 가지는 방열면을 가지며, 얇은 두께를 가지는 핀으로 형성된다. 즉, 지지부(231) 하부로 복수의 방열핀이 콤브(comb) 타입으로 형성되어 있을 수 있다.
이와 같이 지지부(231)에서 흡수한 열이 방열핀의 사이의 공간 및 방열핀 끝단의 외부로 열을 방출하는 구조로 형성된다.
이러한 무선 전력 수신 모듈(200a)은 상면으로 광전 모듈(220)이 형성되고 방열 모듈(230)이 하부에 배치되는 것으로 도시하였으나, 디스플레이 장치(100)에서는 광전 모듈(220)의 빛을 수신하는 면이 하부로 향하도록 반대로 배치되어 설치된다.
따라서, 아래에 배치되는 무선전력 송신 모듈(200b)의 개구부(217)와 마주하도록 광전 모듈(220)이 배치된다.
무선전력 송신 모듈(200b)로부터 방출된 단면이 사각형인 바 타입의 레이저 광은 무선전력 수신 모듈(200a)의 광전 모듈(220)에서 흡수되고, 전류로 전환되어 도 2의 제어부(260)에서 다양한 전압으로 변환된다.
제어부(260)는 이를 위한 dc-dc 변환기 등을 포함할 수 있으며, 디스플레이 장치(100)의 다양한 모듈로 레벨에 맞는 전력이 공급될 수 있다.
이하에서는 도 5b를 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 수신 모듈을 설명한다.
광전 모듈(220)은 수신되는 레이저 광에 따라 활성화되어 전류로 변환하는 전지 소자로서, 바 타입의 길이 방향을 따라 어레이 되어 있는 복수의 광전 셀(221)을 포함한다.
복수의 광전 셀(221)은 복수의 광전 다이오드로 형성될 수 있다. 즉, 광전 모듈(220)은하나의 기판 위에 복수개의 광전 다이오드가 형성되어 바 타입의 하나의 광전 패널을 형성할 수 있다. 광전 패널은, 광전 셀(221)을 감싸면서 밀봉하는 밀봉층과, 밀봉층의 일면 위에서 광전 다이오드의 전면에 위치하는 전면 기판과, 밀봉층의 타면 위에서 광전 다이오드의 후면에 위치하는 후면 기판을 포함할 수 있다.
광전 모듈(220)의 구성은 도 5a와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이러한 광전 모듈(220)을 지지하며, 광전 모듈(220)이 광전 변환을 수행하면서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 방열 모듈(230b)이 배치되어 있다.
방열 모듈(230b)은 도 5b와 같이, 광전 패널의 후면 기판으로 광이 입사하는 경우, 전면 기판과 부착되도록 부착 시트를 통해 접촉되어 있으며, 광전 패널과 직접 부착되어 광전 모듈(220)로부터의 열을 전도를 통해 전달받아 외부로 방출한다.
이러한 방열 모듈(230b)은 광전 모듈(220)을 지지하는 지지부(231) 및 지지부(231) 하면으로 돌출되어 열을 방출하는 복수의 하부 방출부(233)를 포함한다.
방열 모듈(230b)은 지지부(231)와 하부 방출부(233)가 하나의 모듈로서 일체화되어 있을 수 있으며, 하나의 물질로 사출 성형되어 형성될 수 있다.
이러한 방열 모듈(230b)은 열 전도성이 높은 금속, 일 예로 스틸, 구리를 포함하는 합금 등으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
지지부(231)는 광전 모듈(220)의 하부에서 x축을 따라 연장되며 z축으로 소정 길이를 갖는 금속판으로 형성될 수 있다.
하부 방출부(233)는 지지부(231)의 하면으로 돌출되는 복수의 방열핀을 포함한다. .
방열핀은 지지부(231)에 대하여 z축으로 돌출되며, X축을 따라 일렬로 배열될 수 있으며, YZ축을 변으로 가지는 방열면을 가지며, 얇은 두께를 가지는 핀으로 형성된다. 즉, 지지부(231)의 하면으로 복수의 방열핀이 콤브 타입으로 형성되어 있을 수 있다.
한편, 방열 모듈(230b)은 지지부(231)의 상면으로 돌출되는 복수의 방열핀(232a, 232b)을 더 포함할 수 있다.
상부로 돌출되는 방열핀(232a, 232b)은 지지부(231) 상면으로부터 z축으로 돌출되며, X축을 따라 일렬로 배열될 수 있으며, YZ축을 변으로 가지는 방열면을 가지며, 얇은 두께를 가지는 핀으로 형성된다. 상부로 돌출되는 방열핀(232a, 232b)은 광전 모듈(220)을 둘러싸며 배치될 수 있으며, 상부 방열핀(232a, 232b)의 높이(h1)는 광전 모듈(220)의 높이(h2)보다 높을 수 있다.
이때, 도 5b에서는 상부 방열핀(232a, 232b)이 광전 모듈(220)의 단축의 양 측면에 각각 형성되는 2개의 그룹으로 형성되는 것으로 기재하였으나, 장축의 양 측면에 형성될 수도 있다. 또한, 광전 모듈(220)의 4개의 변을 모두 둘러싸도록 형성될 수도 있다.
이때, 지지부(231)의 상부 방열핀(232a, 232b) 및 하부 방열핀(233)의 길이(h1, h3)는 서로 동일할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
하부 방열핀(233)의 길이(h3)가 상부 방열핀(232a, 232b)의 길이(h1)보다 더 길게 돌출 구성될 수 있다.
한편, 이러한 방열 모듈(230)은 하부 방열핀(233)의 하부에 열을 순환시키기 위한 방열 팬(270)을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 지지부(231)에서 흡수한 열이 지지부(231)의 상부 및 하부에 형성된 방열핀(233, 232a, 232b)의 사이의 공간 및 방열핀(233, 232a, 232b) 끝단의 외부로 열을 방출하는 구조로 형성된다.
이러한 무선 전력 수신 모듈(200a)은 상면으로 광전 모듈(220)이 형성되고 방열 모듈(230b)이 하부에 배치되는 것으로 도시하였으나, 디스플레이 장치(100)에서는 광전 모듈(220)의 빛을 수신하는 면이 하부로 향하도록 반대로 배치되어 설치된다.
따라서, 아래에 배치되는 무선전력 송신 모듈(200b)의 개구부(217)와 마주하도록 광전 모듈(220)이 배치된다.
무선전력 송신 모듈(200b)로부터 방출된 단면이 사각형인 바 타입의 레이저 광은 무선전력 수신 모듈(200a)의 광전 모듈(220)에서 흡수되고, 전류로 전환되어 도 2의 제어부(260)에서 다양한 전압으로 변환된다.
제어부(260)는 이를 위한 DC/DC 변환기 등을 포함할 수 있으며, 디스플레이 장치(100)의 다양한 모듈로 레벨에 맞는 전력이 공급될 수 있다.
이하에서는 도 5c를 참고하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 전력 수신 모듈을 설명한다.
광전 모듈(220)은 수신되는 레이저 광에 따라 활성화되어 전류로 변환하는 전지 소자로서, 바 타입의 길이 방향을 따라 어레이 되어 있는 복수의 광전 셀(221)을 포함한다.
복수의 광전 셀(221)은 복수의 광전 다이오드로 형성될 수 있다. 즉, 광전 모듈(220)은하나의 기판 위에 복수개의 광전 다이오드가 형성되어 바 타입의 하나의 광전 패널을 형성할 수 있다. 광전 패널은, 광전 셀(221)을 감싸면서 밀봉하는 밀봉층과, 밀봉층의 일면 위에서 광전 다이오드의 전면에 위치하는 전면 기판과, 밀봉층의 타면 위에서 광전 다이오드의 후면에 위치하는 후면 기판을 포함할 수 있다.
광전 모듈(220)의 구성은 도 5a와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이러한 광전 모듈(220)을 지지하며, 광전 모듈(220)이 광전 변환을 수행하면서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 방열 모듈(230)이 배치되어 있다.
방열 모듈(230c)은 도 5c와 같이, 광전 패널의 후면 기판으로 광이 입사하는 경우, 전면 기판과 부착되도록 부착 시트를 통해 접촉되어 있으며, 광전 패널과 직접 부착되어 광전 모듈(220)로부터의 열을 전도를 통해 전달받아 외부로 방출한다.
이러한 방열 모듈(230c)은 광전 모듈(220)을 지지하는 지지부(231) 및 지지부(231) 측면으로 돌출되어 열을 방출하는 복수의 방출부(232)를 포함한다.
방열 모듈(230c)은 지지부(231)와 방출부(232)가 하나의 모듈로서 일체화되어 있을 수 있으며, 하나의 물질로 사출 성형되어 형성될 수 있다.
이러한 방열 모듈(230c)은 열 전도성이 높은 금속, 일 예로 스틸, 구리를 포함하는 합금 등으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
지지부(231)는 도 5a와 달리 광전 모듈(220)의 하부에서 x축을 따라 연장되며 z축으로 소정 길이를 갖는 육면체의 금속판으로 형성될 수 있다.
방출부(234a, 234b)는 지지부(231)의 양 측면으로 y축을 따라 서로 반대 방향으로 돌출되는 복수의 방열핀(234a, 234b)을 포함한다. .
제1 방열핀(234a)은 지지부(231)에 대하여 y축으로 돌출되며, z축을 따라 일렬로 배열될 수 있으며, YX축을 변으로 가지는 방열면을 가지며, 얇은 두께를 가지는 핀으로 형성된다. 즉, 지지부(231)의 제1 측면으로 복수의 방열핀(234a)이 콤브 타입으로 형성되어 있을 수 있다.
제2 방열핀(234b)은 지지부(231)에 대하여 제1 방열핀과 반대방향의 y축으로 돌출되며, Z축을 따라 일렬로 배열될 수 있으며, YX축을 변으로 가지는 방열면을 가지며, 얇은 두께를 가지는 핀으로 형성된다. 즉, 지지부(231)의 제2 측면으로 복수의 방열핀(234b)이 콤브 타입으로 형성되어 있을 수 있다.
이와 같이 지지부(231)에서 흡수한 열이 지지부(231)의 양 측면에 형성된 방열핀(234a, 234b)의 사이의 공간 및 방열핀(234a, 234b) 끝단의 외부로 열을 방출하는 구조로 형성된다. 한편, 이러한 방열 모듈(230c)은 방열핀(234a, 234b)의 하부에 열을 순환시키기 위한 방열 팬(270)을 더 포함할 수 있다.
이러한 무선 전력 수신 모듈(200a)은 상면으로 광전 모듈(220)이 형성되고 방열 모듈(230c)이 하부에 배치되는 것으로 도시하였으나, 디스플레이 장치(100)에서는 광전 모듈(220)의 빛을 수신하는 면이 하부로 향하도록 반대로 배치되어 설치된다.
따라서, 아래에 배치되는 무선전력 송신 모듈(200b)의 개구부(217)와 마주하도록 광전 모듈(220)이 배치된다.
이하에서는 도 5d를 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 수신 모듈을 설명한다.
광전 모듈(220)은 수신되는 레이저 광에 따라 활성화되어 전류로 변환하는 전지 소자로서, 바 타입의 길이 방향을 따라 어레이 되어 있는 복수의 광전 셀(221)을 포함한다.
복수의 광전 셀(221)은 복수의 광전 다이오드로 형성될 수 있다. 즉, 광전 모듈(220)은하나의 기판 위에 복수개의 광전 다이오드가 형성되어 바 타입의 하나의 광전 패널을 형성할 수 있다. 광전 패널은, 광전 셀(221)을 감싸면서 밀봉하는 밀봉층과, 밀봉층의 일면 위에서 광전 다이오드의 전면에 위치하는 전면 기판과, 밀봉층의 타면 위에서 광전 다이오드의 후면에 위치하는 후면 기판을 포함할 수 있다.
광전 모듈(220)의 구성은 도 5a와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이러한 광전 모듈(220)을 지지하며, 광전 모듈(220)이 광전 변환을 수행하면서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 방열 모듈(230d)이 배치되어 있다.
방열 모듈(230d)은 도 5d와 같이, 광전 패널의 후면 기판으로 광이 입사하는 경우, 전면 기판과 부착되도록 부착 시트를 통해 접촉되어 있으며, 광전 패널과 직접 부착되어 광전 모듈(220)로부터의 열을 전도를 통해 전달받아 외부로 방출한다.
이러한 방열 모듈(230d)은 광전 모듈(220)을 지지하는 지지부(231) 및 지지부(231) 측면으로 돌출되어 열을 방출하는 복수의 방출부(232)를 포함한다.
방열 모듈(230d)은 지지부(231)와 방출부(237a, 237b)가 하나의 모듈로서 일체화되어 있을 수 있으며, 하나의 물질로 사출 성형되어 형성될 수 있다.
이러한 방열 모듈(230d)은 열 전도성이 높은 금속, 일 예로 스틸, 구리를 포함하는 합금 등으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
지지부(231)는 도 5a와 달리 광전 모듈(220)의 하부에서 x축을 따라 연장되며 z축으로 소정 길이를 갖는 육면체의 금속판으로 형성될 수 있다.
방출부(237a, 237b)는 지지부(231)의 양 측면으로 y축을 따라 서로 반대 방향으로 돌출되는 복수의 방열핀(237a, 237b)을 포함한다. .
제1 방열핀(237a)은 지지부(231)에 대하여 y축으로 돌출되며, X축을 따라 일렬로 배열될 수 있으며, YZ축을 변으로 가지는 방열면을 가지며, 얇은 두께를 가지는 핀으로 형성된다. 즉, 지지부(231)의 제1 측면으로 복수의 방열핀(237a)이 콤브 타입으로 형성되어 있을 수 있다.
제2 방열핀(237b)은 지지부(231)에 대하여 제1 방열핀과 반대방향의 y축으로 돌출되며, X축을 따라 일렬로 배열될 수 있으며, YZ축을 변으로 가지는 방열면을 가지며, 얇은 두께를 가지는 핀으로 형성된다. 즉, 지지부(231)의 제2 측면으로 복수의 방열핀(237b)이 콤브 타입으로 형성되어 있을 수 있다.
이와 같이 지지부(231)에서 흡수한 열이 지지부(231)의 양 측면에 형성된 방열핀(237a, 237b)의 사이의 공간 및 방열핀(237a, 237b) 끝단의 외부로 열을 방출하는 구조로 형성된다.
이와 같은 도 5d 의 방열 모듈(230)은 또한 방열핀(237a, 237b) 하부에 방열 팬을 더 포함할 수 있다.
이러한 무선 전력 수신 모듈(200a)은 상면으로 광전 모듈(220)이 형성되고 방열 모듈(230)이 하부에 배치되는 것으로 도시하였으나, 디스플레이 장치(100)에서는 광전 모듈(220)의 빛을 수신하는 면이 하부로 향하도록 반대로 배치되어 설치된다.
따라서, 아래에 배치되는 무선전력 송신 모듈(200b)의 개구부(217)와 마주하도록 광전 모듈(220)이 배치된다.
무선전력 송신 모듈(200b)로부터 방출된 단면이 사각형인 바 타입의 레이저 광은 무선전력 수신 모듈(200a)의 광전 모듈(220)에서 흡수되고, 전류로 전환되어 도 2의 제어부(260)에서 다양한 전압으로 변환된다.
제어부(260)는 이를 위한 dc-dc 변환기 등을 포함할 수 있으며, 디스플레이 장치(100)의 다양한 모듈로 레벨에 맞는 전력이 공급될 수 있다.
도 6은 도 5d의 수신 모듈의 발열 상태를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 2의 송신 모듈의 광 어레이에 따른 출력 효율을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참고하면, 방열 팬(270)을 포함하는 방열 모듈(230d)을 설치하였을 때, 광전 모듈(220)로부터 발생한 열은 방열 팬(270) 및 방열 모듈(230d)의 방열에 의해 광전 모듈(220)로부터 주변으로 효과적으로 열을 방출할 수 있다.
즉, 광전 모듈(220)로부터 발생한 열은 광전 모듈(220)의 하부뿐만 아니라 하부의 방열 모듈(230)의 측면으로도 열이 전달되어 외부로 방출됨으로써 열 방출 효율이 향상된다. 따라서, 광전 모듈(220)의 발열에 의한 소자 불량을 방지할 수 있으며 효율이 보장된다.
이와 같이, 무선 전력 송수신 모듈(200)을 디스플레이 장치(100)에 적용하는 경우, 레이저 광을 이용하여 무선 전력을 전송하므로 이격 거리에 제한이 없으며, 대용량의 전력을 전송할 수 있다.
이때, 전력 전송을 위한 송신 모듈(200b)에 광학 모듈을 포함하여 원하는 형상으로 광을 회절하여 단면 형상 변형을 유도하여 수신 모듈(200a)의 형상에 맞추어 전송 가능하다.
이러한 광학 모듈의 적용에 의한 출력 손실(loss)은 도 7과 같다.
그래프 f1은 광학 모듈을 포함하는 경우이고, 그래프 fo는 광학 모듈 없이 바로 광섬유로부터 광을 전송할 때 전송 값을 나타낸다. 특정 입력 값에 대하여, 광학 모듈을 통해 출력하는 값은 광학 모듈이 존재하지 않는 경우보다 약 8 내지 9% 낮은 것으로 나타난다.
이와 같은 광학 모듈에 따른 출력 손실은 광학 모듈의 통과에 따른 광학 로스로 판단되나, 이러한 손실에도 불구하고 광의 단면을 수신 모듈(200a)의 수신단의 형상에 맞추어 변형하여 전송함으로써 수신단에서 누설되는 광량이 매우 미비하게 존재하여 높은 전송 효율을 유지할 수 있다.
[부호의 설명]
100: 디스플레이 장치 110: 표시부
200: 무선전력 송수신 장치 200a: 무선전력 수신모듈
200b: 무선전력 송신모듈 광전 모듈: 220
방열 모듈: 230 광원부: 250
240, 260: 제어부

Claims (19)

  1. 특정 대역의 광을 레이저로 방출하는 광원부, 및
    상기 광원부의 광을 성형하여 서로 다른 단면을 가지는 레이저 광으로 변환하여 출력하는 광 성형부
    를 포함하는 무선 전력 송수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는 적외선 대역의 레이저 광을 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 성형부는,
    상기 광원부로부터 단면이 원형인 레이저 광을 수신하여 사각형의 단면으로 성형하여 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광 성형부는,
    상기 광원부로부터 제1 직경을 가지는 원형의 레이저 광을 제2 직경을 가지는 원형의 레이저 광으로 변환하는 빔 확장기, 그리고
    상기 빔 확장기로부터 상기 제2 직경을 가지는 원형의 레이저 광을 수신하여 단면이 사각형인 레이저 광으로 성형하여 출력하는 회절 광학 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 직경은 상기 제1 직경의 정수배인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  6. 디스플레이 장치;
    상기 디스플레이 장치에 전력을 공급하는 무선 전력 수신모듈; 및
    상기 무선 전력 수신모듈을 향해 레이저 광을 방출하는 무선 전력 송신모듈
    을 포함하며,
    상기 무선전력 수신모듈은 바 타입으로 형성되며,
    상기 무선전력 송신모듈은
    특정 대역의 광을 레이저로 방출하는 광원부, 및
    상기 광원부의 광을 성형하여 서로 다른 단면을 가지는 레이저 광으로 변환하여 출력하는 광 성형부
    를 포함하는 디스플레이 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광원부는 적외선 대역의 레이저 광을 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 디스플레이 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광 성형부는,
    상기 광원부로부터 단면이 원형인 레이저 광을 수신하여 사각형의 단면으로 성형하여 출력하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광 성형부는,
    상기 광원부로부터 제1 직경을 가지는 원형의 레이저 광을 제2 직경을 가지는 원형의 레이저 광으로 변환하는 빔 확장기, 그리고
    상기 빔 확장기로부터 상기 제2 직경을 가지는 원형의 레이저 광을 수신하여 단면이 사각형인 레이저 광으로 성형하여 출력하는 회절 광학 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 직경은 상기 제1 직경의 정수배인 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는
    화상을 표시하는 표시부; 및
    상기 표시부를 둘러싸는 베젤
    을 포함하는 디스플레이 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 무선전력 수신모듈은
    상기 베젤에 바 타입으로 형성되어 있는 디스플레이 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 무선전력 수신모듈은
    상기 무선전력 송신모듈과 마주보는 바 타입의 광전 모듈 및
    상기 광전 모듈과 접촉되어 상기 광전 모듈의 열을 외부로 방출하는 방열 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광전 모듈은 바 타입의 길이 방향을 따라 배열되어 있는 복수의 광전 다이오드를 포함하며, 상기 광전 다이오드가 상기 레이저 광을 수신하여 전류로 전환하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 방열 모듈은 상기 광전 모듈과 접촉하는 지지부, 상기 지지부로부터 돌출되어 상기 지지부의 열을 외부로 방출하는 방출부
    를 포함하는 디스플레이 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 방출부는 상기 지지부의 하부로 일렬로 배열되어 돌출되는 복수의 방열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방출부는 상기 지지부의 상부에서 상기 광전 모듈 주위에서 돌출되어 열을 방출하는 복수의 방열핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 광전 모듈 하부로 소정 길이만큼 돌출되어 형성되고, 상기 방출부는 상기 지지부의 측면으로 돌출되는 복수의 방열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 무선전력 송신모듈은 상기 무선전력 수신모듈과 소정 거리만큼 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
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