KR101808228B1 - 자성 유체 디스플레이 - Google Patents

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KR101808228B1
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Abstract

본 발명은 자성 유체 디스플레이에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자성 유체 디스플레이(10)는, 자성 유체(111)가 주입된 투명 액체를 포함하는 디스플레이부(110), 및 디스플레이부(111) 후면에서 자성 유체(111)에 자기장(M)을 인가하는 자기장 생성부(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자성 유체 디스플레이 {MAGNETIC FLUID DISPLAY}
본 발명은 자성 유체 디스플레이에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 디스플레이부 후면으로부터 인가되는 자기장을 통해 디스플레이부의 자성 유체가 제어되어 이미지 등을 나타내는 자성 유체 디스플레이에 관한 것이다.
자성 유체는 크기가 수 내지 수십 나노미터 정도에 해당하는 자성 입자의 콜로이드 분산액이다. 이와 같은 자성유체는 유동성과 자화성이 결합된 특수한 성질을 나타낸다. 자성 유체는 1960년대에 미항공우주국(NASA)에서 마그네타이트 광석을 볼밀(Ball Mill)로 분쇄한 후, 마그네타이트 미립자의 표면을 계면활성제로 피복시키고, 이를 등유에 분산시킴에 따라 최초로 제조된 바 있다. 이와 같이 제조된 자성 유체를 이용하여 로켓연료를 자성 유체화하여 무중력 상태에서도 연료공급이 가능하게 하였다.
자성 유체는 보통의 원심력이나 자기장이 가해지더라도 액상과 고상의 분리가 잘 일어나지 않고, 겉보기로는 액체 자체가 강한 자성을 갖는 것처럼 거동하는 특수한 성질을 가진다. 자성 유체는 이러한 특수한 특성으로 인하여 비중차선별, 자기실(Magnetic Seal), 스피커용 쿨링재, 자기 기록재, 폐유처리 등 다양한 분야에 사용된다. 다만, 자성 유체의 이러한 특성을 디스플레이에 적용하여, 실내외의 인테리어, 디자인적으로 사용하는 시도는 현재까지 부족한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 자성 유체를 이용하여 이미지 등을 나타낼 수 있는 자성 유체 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 자성 유체가 자기장에 반응하여 움직이고, 자성 유체의 이합집산(離合集散)에 따라 독특한 시각적 이미지를 나타낼 수 있는 자성 유체 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기의 목적은, 자성 유체가 주입된 투명 액체를 포함하는 디스플레이부; 및 상기 디스플레이부 후면에서 상기 자성 유체에 자기장을 인가하는 자기장 생성부를 포함하는, 자성 유체 디스플레이에 의해 달성된다.
상기 디스플레이부는 지면과 소정의 각도를 가지고 기울어지게 세워지거나, 수직하게 세워질 수 있다.
상기 자기장이 인가됨에 따라 상기 투명 액체 내에서 상기 자성 유체가 제어되어 방향성을 가지고 이동하고, 상기 자기장이 인가되지 않으면 상기 자성 유체는 중력에 의해 하강할 수 있다.
상기 자기장이 인가되면 상기 투명 액체 내에서 상기 자성 유체가 방향성을 가지고 이동하여 상기 디스플레이부에 이미지를 나타낼 수 있다.
상기 투명 액체는 물, 알코올(에탄올 또는 이소프로필알코올) 또는 이들의 혼합액 등의 극성 용매 또는 이온화수 일 수 있다.
상기 자성 유체는 금속 산화물 입자가 분산된 오일(oil) 일 수 있다.
상기 자성 유체의 비중은 1.2g/cm3 내지 1.5g/cm3이고, 점도는 2,000cP를 초과하지 않을 수 있다.
상기 투명 액체를 포함하는 디스플레이부의 내벽면은 친수성 코팅될 수 있다.
상기 자기장 생성부의 표면은 복수의 셀을 포함할 수 있다.
상기 셀들은 패턴화되고, 패턴 형태는 상기 디스플레이부에 표시되는 이미지의 형태에 대응할 수 있다.
상기 자기장 생성부는, 상기 셀들을 상기 자기장 생성부의 표면 상에서 이동시켜 패턴을 구성할 수 있는 셀 이동부를 포함할 수 있다.
각각의 상기 셀들은 생성하는 자기장의 세기, 자기장 주파수가 동일하거나 상이할 수 있다.
각각의 상기 셀들은 상기 디스플레이부 후면과의 직선 거리가 동일하거나, 상이할 수 있다.
각각의 상기 셀들은 전자석, 영구자석, 코일 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 자기장 생성부는 상기 디스플레이부의 상기 자성 유체를 이동시킬 수 있는 세기의 자기장을 인가하는 제1 영역 및 상기 자성 유체를 이동시킬 수 없는 세기의 자기장을 인가하는 제2 영역을 포함할 수 있다.
상기 자기장 생성부는 원기둥 형상, 타원기둥 형상, 벨트 형상 중 어느 하나일 수 있다.
상기 자기장 생성부는 상기 디스플레이부의 후면에 대향하는 면이 바뀌도록 회전가능 할 수 있다.
상기 자기장 생성부는 사운드를 출력하는 스피커부를 더 포함할 수 있다.
상기 스피커부와 상기 자기장 생성부가 전기적으로 연결되고, 상기 스피커부에 흐르는 전류의 양, 상기 스피커부에서 출력되는 사운드의 크기, 비트 중 적어도 어느 하나에 따라, 상기 자기장 생성부에서 상기 디스플레이부에 인가하는 자기장의 세기, 자기장 주파수, 자기장의 패턴 중 적어도 어느 하나가 변경될 수 있다.
외부로부터 음악 신호를 전달받아 상기 스피커부에 송출하고, 상기 음악 신호를 자기장 패턴 신호로 변환하여 상기 자기장 생성부가 상기 자성 유체에 인가하는 자기장을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 자성 유체를 이용하여 이미지 등을 나타낼 수 있는 자성 유체 디스플레이를 구현하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 자성 유체가 자기장에 반응하여 움직이고, 자성 유체의 이합집산(離合集散)에 따라 독특한 시각적 이미지를 나타낼 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 유체 디스플레이를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 생성부를 나타내는 개략 사시도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 유체 디스플레이의 이미지 표시 형태 및 과정을 나타내는 정면도 및 측면도이다.
도 8은 본 발명의 여러 다른 실시예에 따른 자성 유체 디스플레이의 이미지표시 형태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부의 부분 사진이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부에서 이미지가 나타나는 사진이다.
실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조 부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 유체 디스플레이(10)를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 자성 유체 디스플레이(10)는 디스플레이부(100) 및 자기장 생성부(200)를 포함할 수 있다. 도 1에는 평판 형태의 디스플레이부(100) 및 원기둥 형태의 자기장 생성부(200)가 자성 유체 디스플레이(10)를 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
디스플레이부(100)는 이미지가 표시되는 표시 화면(110) 및 표시 화면(110) 주변의 프레임(120)을 포함할 수 있다. 여기서, 이미지라 함은 특정 도안, 문자, 기호 등의 의도된 메시지를 지니는 형태, 또는 문양, 무늬, 패턴 등의 디자인적 요소를 가지는 형태를 총칭한 것으로 이해되어야 한다.
표시 화면(110)은 자성 유체(111)가 주입된 투명 액체를 포함할 수 있다. 여기서, 투명 액체라 함은 반드시 무색 투명한 것이 아니라, 자성 유체(111)와 시각적으로 대비되어 인식될 수 있도록, 투과성을 가지는 액체를 모두 포함하는 개념으로서, 유색 투명 액체, 반투명 액체 등도 해당될 수 있다.
투명 액체는 유리, 플라스틱 등의 수조 내에 봉입되는 것이 바람직하다. 따라서, 표시 화면(110)은 투명 액체가 밀봉된 구조의 수조, 병 등일 수 있다. 또는, 표시 화면(110)은 주변의 프레임(120)과 결합되면서 투명 액체가 밀봉될 수 있는 구조일 수도 있다. 이 경우, 투명 액체가 새어 나오지 않게 소정의 실링 부재가 더 개재될 수 있다.
표시 화면(110)의 하부에는 자성 유체(111)가 위치할 수 있다. 자성 유체(111)는 입자의 크기가 수 내지 수십 나노미터 정도에 해당하는 자성 입자의 콜로이드 분산액으로서, 금속 산화물 입자가 분산된 오일(oil)이다. 일 예로, 마그네타이트(Magnetite, Fe3O4) 입자가 오일류의 유기 용매에 분산되어 자성 유체(111)를 구성할 수 있다.
자성 유체(111)는 고상인 금속 산화물 입자와 액상인 오일의 분리가 잘 일어나지 않고, 겉보기에는 액체 자체로 거동하는 특수한 성질을 가질 수 있다. 그리하여, 자성 유체(111)가 투명 액체와 반응한다거나 혼합되지 않고, 투명 액체 내에서 별개의 상으로서 이동할 수 있게 된다. 자성 유체(111)는 투명 액체와 대비되는 명확한 색을 가질 수 있다. 일 예로, 마그네타이트는 불투명한 흑색을 띄므로, 투명 액체 내에서 자성 유체(111)가 명확히 구별될 수 있으며, 사용자는 자성 유체(111)를 통해 이미지를 인식할 수 있게 된다.
한편, 투명 액체 내에서 자성 유체(111)의 이동을 원활하게 하기 위해서는 자성 유체(111)와 투명 액체의 반발력을 이용할 필요가 있다. 투명 액체는 자성 유체(111)의 오일이 무극성 용매일 때 이에 용해되지 않고 분리되는 극성 용매로서, 물과 알코올(에탄올 또는 이소프로필알코올) 또는 이들의 혼합액이 사용될 수 있다. 이에 더하여, 표시 화면(110) 벽면에 자성 유체(111)가 묻지 않도록, 투명 액체는 물과 알코올의 혼합액 또는 금속 이온이 용액 내에 용해되어 있는 이온화수를 사용하여 전자기적 반발력을 극대화 시키는 것이 더 바람직하다.
본 발명의 자성 유체 디스플레이(10)는 디스플레이부(100)에서 자성 유체(111)가 자기장에 반응하여 움직이거나 이합집산(離合集散) 함에 따라 독특한 시각적 이미지를 나타내는 것을 특징으로 한다.
자기장이 디스플레이부(100)에 인가될 때 이미지가 표시되고, 자기장의 인가가 해제되면 이미지가 표시되지 않을 수 있다. 이미지를 표시하지 않기 위해서는 적어도 자성 유체(111)가 표시 화면(110)의 모서리, 구석, 측면 등으로 이동해서 위치하여야 한다. 별도의 자기장을 인가함에 따라 자성 유체(111)를 표시 화면(110)의 모서리 등으로 이동시킬 수 있겠지만, 본 발명의 자성 유체 디스플레이(10)는 중력을 이용하여 자성 유체(111)가 표시 화면(110)의 하부로 이동하도록 할 수 있다.
중력을 이용하여 자성 유체(111)가 표시 화면(110)의 하부로 이동하도록 하기 위해서, 표시 화면(110)은 수평 방향으로 뉘어지도록 배치되지 않고, 적어도 지면과 소정의 각도를 가지고 기울어지게 세워질 수 있다. 지면과 수직을 이루어 세워질 수도 있다.
또한, 자성 유체(111)가 중력에 따라 하부로 이동하기 위해서는 투명 액체 상에서 부유하지 않고 가라앉을 수 있어야 한다. 즉, 투명 액체에 비해서 자성 유체(111)의 비중이 클 수 있다. 투명 액체가 이온화수이면 비중은 약 1.0 g/cm3이고, 자성 유체(111)의 비중은 적어도 이보다는 큰 값을 가져야 한다. 한편, 자성 유체(111)의 비중이 너무 크면 중력에 의해 자유낙하하는 속도가 크기 때문에 유연한 움직임을 보이지 못하고, 반대로 자성 유체(111)의 비중이 너무 작으면, 투명 액체 내에서 부력에 의해 자유낙하하는 저항이 커지는 문제점이 있다.
따라서, 자성 유체(111)의 비중은 약 1.2g/cm3 ~ 1.5g/cm3 인 것이 바람직하다. 마그네타이트의 비중은 약 5.18g/cm3이고, 유기 용매 오일은 물질에 따라 0.73g/cm3 ~ 1.08g/cm3이므로, 금속 산화물 입자와 오일의 비를 적절히 조절하여 자성 유체(111)의 비중을 약 1.2g/cm3 ~ 1.5g/cm3 로 만들 수 있다.
다른 한편으로, 자성 유체(111)의 점도가 너무 높으면 자성 유체(111)가 투명 액체 내에서 유연한 움직임을 보이지 못하기 때문에, 점도는 2,000cP 이하인 것이 바람직하다.
또 다른 한편으로, 투명 액체는 극성 용매로 물과 혼합액으로 사용되는 알코올은 에탄올과 이소프로필알코올일 수 있으며, 이온화수의 경우에는 이온화수의 pH에 의해 자성 유체(111)의 표면장력 에너지가 변할 수 있다. 자성 유체(111)가 투명 액체 내에서 유연한 움직임을 보이기 위해서는 자성 유체(111)의 표면장력이 유지되는 중성 또는 약산성(pH 4 ~ 8 정도)의 이온화수를 사용하는 것이 바람직하다.
자성 유체(111)가 디스플레이부(100)의 내벽면(일 예로, 유리)과 친화력이 있는 경우에는 내벽면에 흡착될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 자성 유체(111)가 디스플레이부(100)의 내벽면에 흡착되면 표시 화면(110)에 나타나는 이미지의 품질이 악화되는 문제가 발생할 수 있다. 자성 유체 디스플레이(10)는 시각적인 효과를 극대화한 제품이므로, 유색의 자성 유체(111)가 내벽면에 묻지 않아야 한다. 따라서, 투명 액체를 포함하는 디스플레이부(100)의 내벽면을 친수성 코팅하여 자성 유체(111)의 흡착을 방지할 수 있다. 내벽면의 친수성 코팅은 액상의 코팅용액을 스프레이 코팅(Spray Coating)을 할 수 있고, 딥 코팅(Dip Coating), 스핀 코팅(Spin Coating), 플라즈마 코팅(Plasma Coating) 등의 공지의 코팅 방법을 제한없이 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 생성부(200)를 나타내는 개략 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 자기장 생성부(200)가 디스플레이부(100) 후면에 배치되어 디스플레이부(100)의 자성 유체(111)에 자기장을 인가할 수 있다. 자성 유체(111)는 자기장 생성부(200)로부터 인가된 자기장에 따라 방향성을 가지고 이동할 수 있고, 자성 유체(111)의 움직임으로 디스플레이부(100)의 표시 화면(110) 상에 이미지를 구현할 수 있다. 다시 말해, 자기장 생성부(200)에서 자기장을 인가함에 따라 자성 유체 디스플레이(10)가 작동할 때에는, 자성 유체(111)는 자기장에 의해 이동하여 이미지를 나타내고, 자기장의 인가가 해제되어 자성 유체 디스플레이(10)가 작동하지 않을 때에는, 자성 유체(111)는 중력에 의해서 표시 화면(110)의 하부에 가라앉음에 따라 이미지를 나타내지 않을 수 있다.
자기장 생성부(200)의 표면(210)에는 복수의 셀(211)이 형성될 수 있다. 복수의 셀(211)은, 도 2의 (a)와 같이 표면(210)의 전체에서 규칙적인 배열을 가지고 형성될 수도 있고, 도 2의 (b)와 같이 표면(210)의 일부에서 패턴화(P1 ~ P4)되어 형성될 수도 있다. 각각의 셀(211)에서 자기장이 생성할 수 있으며, 각각의 셀(211)의 크기가 자성 유체 디스플레이(10)의 해상도를 결정하는 요소일 수 있으므로, 자성 유체 디스플레이(10)의 해상도를 고려하여 셀(211)의 크기가 변경될 수 있다. 도 1 및 도 2에는 복수의 셀(211)의 표면(210) 상에서 윤곽을 가지도록 도시되어 있지만, 표면(210) 내부에 함몰되거나 매립된 형태로 외부에서 보이지 않도록 배치될 수 있다.
한편, 도 2의 (a)와 같이 표면(210)의 전체에서 복수의 셀(211)이 형성되었을 경우에 자기장 생성부(200)는 회전하지 않고 고정된 상태일 수 있다. 고정된 상태에서 각각의 셀(211)에서 생성하는 자기장의 세기, 주파수 등을 동일하거나 상이하게 제어하여 자성 유체(111)에 인가할 수 있다.
그리고, 도 2의 (b)와 같이 표면(210)의 일부에 패턴화(P1 ~ P4)되어 복수의 셀(211)이 형성되었을 경우에 자기장 생성부(200)는 회전할 수 있다. 도 1 및 도 2의 도시에서, 자기장 생성부(200)가 시계 방향으로 회전하여 셀(211)들이 디스플레이부(100)의 화면 아래에서 위로 이동함에 따라 디스플레이부(100) 하부에 가라앉아 있는 자성 유체(111)에 자기장을 인가하여 자성 유체(111)를 하부에서 상부로 이동시킬 수 있다. 자기장 생성부(200)가 시계 방향으로 회전하는 과정에서 각각의 셀(211)에서 생성하는 자기장의 세기, 주파수 등을 동일하거나 상이하게 제어하여 자성 유체(111)에 인가할 수도 있다.
각각의 셀(211)은 자기장을 생성할 수 있는 전자석, 영구자석, 코일 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 자성 유체 디스플레이(10)의 후면에서 인가되는 자기장의 세기는 매우 중요하게 고려된다. 특히, 셀(211) 크기와 자성 유체 디스플레이(10)의 해상도를 고려하면, 좁은 부분에 집중적으로 강한 세기의 자기장을 인가할 수 있는 영구자석이 바람직하며, 영구자석과 코일, 전자석이 혼용된 형태도 사용할 수 있다.
각각의 셀(211)은 디스플레이부(100) 후면과의 직선 거리(D1, D2, D3, ...)[도 4의 (b) 참조]가 동일하거나 상이할 수 있다. 디스플레이부(100)가 반드시 평면 형태가 아니고 곡률을 가지는 형태일 수 있으므로 자기장 생성부(200)와의 거리를 직선 거리(D1, D2, D3, ...)로 정의한다. 자기장의 세기와 자성 유체(111)와의 상관관계에서, 자기장의 세기는 거리의 제곱에 반비례한다는 쿨롱의 법칙(Coulomb's law)[F ∝ q1q2/r2]이 적용될 수 있다.
자기장 생성부(200)의 표면(210) 상의 각각의 셀(211)은 디스플레이부(100)과 거리가 각각 다를 수 있다. 각각의 셀(211)에서 생성하는 자기장의 세기가 일정할 경우, 자성 유체(111)에 인가되는 자기장의 세기는 결국 디스플레이부(100)와의 거리에 의존하게 된다. 자기장의 세기가 자성 유체(111)를 이동시킬 정도의 세기로서 D1, D2의 거리라면, 자성 유체(111)가 방향성을 가지고 이동할 수 있을 것이다. 반면에, 자기장의 세기가 자성 유체(111)를 이동시키지 못할 정도의 세기로서 D3의 거리라면, 자성 유체(111)는 중력의 힘을 받아 자유낙하 할 것이다.
다른 관점으로, 자기장 생성부(200)는 디스플레이부(100)의 자성 유체(111)를 이동시킬 수 있는 세기의 자기장을 인가하는 제1 영역, 및 자성 유체(111)를 이동시킬 수 없는 자기장을 인가하는 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 영역에 해당되는 셀(211)들은 자기장의 세기가 크거나, 디스플레이부(100)와의 거리가 가까울 수 있다. 제2 영역에 해당되는 셀(211)들은 자기장의 세기가 작거나, 자기장이 인가되지 않은 상태이거나, 디스플레이부(100)와의 거리가 멀 수 있다. 도 2의 (a)를 예로 들어 설명하면, 제1 영역은 디스플레이부(100)와 거리가 D1, D2 정도에 해당하는 셀(211)들의 영역이고, 제2 영역은 디스플레이부(100)와 거리가 D3 정도에 해당하는 셀(211)들의 영역이라고 할 수 있다. 또한, 도 2의 (b)를 예로 들어 설명하면, 제1 영역은 패턴(P1 ~ P4)의 영역이고, 제2 영역은 패턴(P1 ~ P4)의 영역을 제외한 나머지 영역[셀(211)이 없는 영역]이라고 할 수 있다.
표면(210) 상의 셀(211)들이 디스플레이부(100)와 다양한 거리를 구성하기 위해, 자기장 생성부(200)는 원기둥 형상, 타원기둥 형상 등의 곡률을 가진 형태일 수 있다. 또한, 자기장 생성부(200)는 벨트 형상을 가지며, 벨트 상에 셀(211)들이 형성되어 회전하는 형상일 수 있다. 도 2의 (b)를 통해 전술한 바와 같이, 자기장 생성부(200)는 디스플레이부(100)의 후면에 대향하는 면이 실시간으로 바뀌도록 소정의 축을 기준으로 회전할 수 있다.
한편, 각각의 셀(211)에서 생성하는 자기장의 세기가 일정할 경우, 디스플레이부(100)와의 거리를 조절하기 위해, 각각의 셀(211)에는 소정의 신축수단이 사용될 수도 있다. 이 경우, 특정 셀(211)에 대해 신축수단이 신장하면 셀(211)과 디스플레이부(100)와 거리가 가까워져 보다 강한 세기의 자기장을 인가할 수 있게 된다.
또 한편, 각각의 셀(211)은 자기장 생성부(200)의 표면(210)에서 위치가 고정되지 않고 이동가능하도록 설치될 수 있다. 이를 위해 자기장 생성부(200)의 표면(210)에는 셀(211)들을 이동시키는 셀 이동부(미도시)를 포함할 수 있다. 셀 이동부(미도시)는 셀(211)이 이동하는 경로인 소정의 가이드, 레일 등과 셀(211)을 이동하는 구동력을 제공하는 모터 등을 통해 구성될 수 있다. 복수의 셀(211)들은 셀 이동부에 의해 이동되고, 이동된 셀(211)들이 패턴을 조합함에 따라 여러가지 이미지를 구현할 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 자기장 생성부(200)는 사운드를 출력하는 스피커부(220)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 자기 유체 디스플레이(10)는 스피커부(220)와 연동되어 스피커부(220)에서 출력되는 사운드에 맞추어 자기장 생성부(200)에서 자기장을 생성할 수 있다.
스피커부(220)는 자기장 생성부(200)와 전기적으로 연결되고, 스피커부(220)에 흐르는 전류의 양, 스피커부(220)에서 출력되는 사운드의 크기, 비트 중 적어도 어느 하나에 따라, 자기장 생성부(200)에서 디스플레이부(100)에 인가하는 자기장의 세기, 자기장 주파수, 자기장의 패턴 중 적어도 어느 하나가 변경될 수 있다. 더 자세히 살펴보면 이하와 같다.
외부의 음악 신호를 블루투스(bluetooth), 오디오 잭(audio jack) 등을 통해 자성 유체 디스플레이(10)에 전달한다. 이를 위해 자성 유체 디스플레이(10)는 음악 신호를 수신받기 위한 수신부(미도시)를 구비할 수 있다. 제어부(미도시)는 음악 신호를 DAC(digital to analog converter), ADC(analog digital converter) 등으로 변환할 수 있다. 이어서, 변환된 신호를 파워 앰프(power amplifier)를 사용하여 증폭하거나, 필터를 사용하여 고주파(high frequencies), 중주파(mid frequencies), 저주파(low frequencies)로 분류할 수 있다.
이어서, 증폭, 분류한 신호를 자기장 패턴 신호로 변환할 수 있다. 자기장 패턴 신호는 자기장 생성부(200)의 각 셀(211)들이 생성하는 자기장의 세기, 주파수, 복수의 셀(211)들이 생성하는 자기장의 패턴 등에 관한 신호를 포함한다. 증폭, 분류한 음악 신호는 제어부(미도시)에 기저장된 프로그램의 변환 규칙에 맞도록 자기장 패턴 신호로 변환될 수 있다. 이어서, 증폭, 분류한 음악 신호를 스피커부(220)에 송출하여 사운드를 출력하고, 동시에 자기장 패턴 신호를 자기장 생성부(200)에 전달하여 각 셀(211)들을 제어함에 따라 자성 유체(111)의 움직임 패턴을 조절할 수 있다.
예를 들어, 스피커부(220)에 흐르는 전류의 양이 커지면, 출력되는 사운드가 커질 수 있고, 이에 대응하도록 자기장 패턴 신호가 생성될 수 있다. 자기장 패턴 신호는 각 셀(211)이 강한 세기의 자기장을 생성하도록 함과 동시에, 각 셀(211)들이 순차적으로 자기장을 생성하도록 하여, 자성 유체(111)가 빠른 움직임을 가지도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 스피커부(220)에서 흐르는 전류의 양이 매우 작거나, 없어지면, 출력되는 사운드가 작거나 없어질 수 있고, 이에 대응하도록 자기장 패턴 신호가 생성될 수 있다. 자기장 패턴 신호는 각 셀(211)이 자기장을 생성하지 않도록 하여, 자성 유체(111)가 자유낙하하는 움직임을 가지도록 제어할 수 있다. 자유낙하한 자성 유체(111)에 의해 표시 화면(110)은 곧 어떤 이미지도 구현되지 않게 된다.
또 다른 예로, 스피커부(220)에서 규칙적인 비트를 출력하면, 이에 대응하도록 자기장 패턴 신호가 생성될 수 있다. 자기장 패턴 신호는 각 셀(211)들에 일정 간격으로 자기장을 생성/해제하도록 하여, 자성 유체(111)가 비트에 대응하도록 움직임을 나타내도록 제어할 수 있다.
위와 같이, 본 발명의 자성 유체 디스플레이(10)는 사운드를 출력함과 동시에 사운드에 매칭되는 느낌의 이미지를 표시 화면(110) 상에서 구현함에 따라, 사용자에게 시각과 청각을 복합화한 풍부한 느낌을 전달할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는, 자성 유체 디스플레이(10)의 다양한 실시예를 설명한다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 유체 디스플레이의 이미지 표시 형태 및 과정을 나타내는 정면도 및 측면도이다.
도 3에는 점 형태의 자성 유체(111a)를 상하 이동시키는 실시예가 도시된다. 도 2의 (a)와 같이, 자기장 생성부(200)가 회전하지 않고 고정되어 있으며, 표면(210) 전체에서 복수의 셀(211)이 형성된 경우를 상정하여 설명한다.
먼저, 셀 211a에만 자기장(M)이 생성되고, 나머지 셀(211)들에서는 자기장(M)이 생성되지 않는다. 바닥에 가라앉아 있는 자성 유체(111) 중 일부(111a)가 셀 211a의 자기장(M) 인가에 반응하여 일부 위로 이동하게 된다. 그리고, 셀 211b에서 자기장(M)이 생성됨과 동시에 셀 211a에서 자기장(M)의 생성이 해제된다. 그러면, 일부 자성 유체(111a)는 위로 더 이동할 수 있게 된다. 이어서, 셀 211c에서 자기장(M)이 생성됨과 동시에 셀 211b에서 자기장(M)의 생성이 해제되어 자성 유체(111a)가 위로 더욱 이동하고, 이어서, 셀 211d에서 자기장(M)이 생성됨과 동시에 셀 211c에서 자기장(M)의 생성이 해제되면, 자성 유체(111a)는 셀 211d에 대응하는 높이만큼 이동한 상태가 될 수 있다(경로 ①).
다음으로, 셀 211d에서 자기장(M)의 생성이 해제되고, 나머지 셀(211)들에서도 자기장(M)의 생성이 없으면, 자성 유체(111a)는 어떠한 자기장도 인가받지 못하고, 중력이 의해서 자유낙하 하게 된다(경로 ②).
위와 같은 원리로 상하이동하는 점 이미지를 구현할 수 있다. 상하 방향 외에 대각선 방향에 해당하는 셀(211)들이 순차적으로 자기장(M)을 인가/해제하면 자성 유체(111a)는 대각선 방향으로 이동할 수 있다.
도 4에는 점 형태의 자성 유체(111a)를 상하 이동시키는 다른 실시예가 도시된다. 도 2의 (b)와 같이, 자기장 생성부(200)가 회전하고, 표면(210)의 일부에 셀(211)이 형성된 경우(P1 패턴)를 상정하여 설명한다. 자기장 생성부(200)의 표면에는 P1 패턴 내의 셀 211e 외에는 어떠한 셀(211)도 형성되지 않고, 셀 211e은 항상 일정한 자기장을 생성하는 영구자석이 설치된 경우이다.
자기장 생성부(200)가 회전하면서, 셀 211e가 자성 유체(111a)를 이동시킬 수 있는 거리(D1) 내로 진입할 수 있다. 자기장 생성부(200)가 더 회전하여 셀 211e가 위로 올라가면, 자성 유체(111a)는 셀 211e의 높이에 대응하도록 같이 위로 이동하게 된다(경로 ①). 셀 211e가 자성 유체(111a)를 이동시킬 수 있는 거리(D2) 내에 있는 경우까지는 자성 유체(111a)가 같이 이동할 수 있다.
이어서, 자기장 생성부(200)가 더 회전하여 셀 211e가 자성 유체(111a)를 이동시킬 수 없는 거리(D3)가 되는 경우에, 자성 유체(111a)는 어떠한 자기장도 인가받지 못하고, 중력이 의해서 자유낙하 하게 된다(경로 ②).
도 5에는 선 형태의 자성 유체(111b)를 구현하는 실시예가 도시된다. 도 2의 (b)와 같이, 자기장 생성부(200)가 회전하고, 표면(210)의 일부에 셀(211)이 형성된 경우(P2 패턴)를 상정하여 설명한다. 자기장 생성부(200)의 표면에는 P2 패턴 내의 셀 211f, 211g, 211h, 211i 외에는 어떠한 셀(211)도 형성되지 않고, 셀 211f, 211g, 211h, 211i은 항상 일정한 자기장을 생성하는 영구자석이 설치된 경우이다.
자기장 생성부(200)가 회전하면서, 먼저 셀 211i가 자성 유체(111b)를 이동시킬 수 있는 거리(D1) 내로 진입할 수 있다. 자기장 생성부(200)가 더 회전하여 셀 211i가 위로 올라가면, 자성 유체(111b)는 셀 211i의 높이에 대응하도록 같이 위로 이동하게 된다. 동시에, 자기장 생성부(200)가 회전하면서 셀 211h, 211g, 211f가 순차적으로 거리 D1 내로 진입하게 되고, 자성 유체(111a)는 셀 211h, 211g, 211f가 배치된 높이에 대응하도록 같이 위로 이동하게 된다(경로 ①). 셀 211f, 211g, 211h, 211i가 자성 유체(111b)를 이동시킬 수 있는 거리(D2) 내에 있는 경우까지는 자성 유체(111b)가 같이 이동할 수 있다.
이어서, 자기장 생성부(200)가 더 회전하여 셀 211f, 211g, 211h, 211i가 자성 유체(111b)를 이동시킬 수 없는 거리(D3)가 되는 경우에, 자성 유체(111b)는 어떠한 자기장도 인가받지 못하고, 중력이 의해서 자유낙하 하게 된다(경로 ②).
도 6에는 자유낙하 중인 점 형태의 자성 유체(111c)를 다시 수직 방향으로 이동시키는 실시예가 도시된다. 도 2의 (b)와 같이, 자기장 생성부(200)가 회전하고, 표면(210)의 일부에 셀(211)이 형성된 경우(P3 패턴)를 상정하여 설명한다. 자기장 생성부(200)의 표면에는 P3 패턴 내의 셀 211j, 211k 외에는 어떠한 셀(211)도 형성되지 않고, 셀 211j는 임의로 자기장을 생성하는 전자석, 코일 등이 설치된 경우이고, 셀 211k는 항상 일정한 자기장을 생성하는 영구자석이 설치된 경우이다.
자기장 생성부(200)가 회전하면서, 셀 211k가 자성 유체(111c)를 이동시킬 수 있는 거리(D1) 내로 진입할 수 있다. 자기장 생성부(200)가 더 회전하여 셀 211j가 위로 올라가면, 자성 유체(111c)는 셀 211k의 높이에 대응하도록 같이 위로 이동하게 된다(경로 ①). 셀 211k가 자성 유체(111c)를 이동시킬 수 있는 거리(D2) 내에 있는 경우까지는 자성 유체(111c)가 같이 이동할 수 있다.
이어서, 자기장 생성부(200)가 더 회전하여 셀 211k가 자성 유체(111c)를 이동시킬 수 없는 거리(D3)가 되는 경우에, 자성 유체(111c)는 어떠한 자기장도 인가받지 못하고, 중력이 의해서 자유낙하 하게 된다(경로 ②). 여기까지는 도 4의 실시 형태와 동일하다.
이어서, 셀 211j에서 자기장(M)이 생성된다. 자유낙하하는 자성 유체(111c)가 셀 211j에 대응하게 되면, 셀 211j에서 인가되는 자기장(M)에 의해 자유낙하를 중단하고, 셀 211j이 이동하는 방향(수직 방향)으로 다시 이동하게 될 수 있다(경로 ③).
도 7에는 하트 형태의 자성 유체(111d)를 나타내는 실시예가 도시된다. 도 2의 (b)와 같이, 자기장 생성부(200)가 회전하고, 표면(210)의 일부에 셀(211)이 형성된 경우(P4 패턴)를 상정하여 설명한다. 자기장 생성부(200)의 표면에는 P4 패턴 내의 셀 211l, 211m, 211n 외에는 어떠한 셀(211)도 형성되지 않고, 셀 211l, 211m, 211n은 항상 일정한 자기장을 생성하는 영구자석이 설치된 경우이다.
자기장 생성부(200)가 회전하면서, 셀 211m, 211n이 먼저 자성 유체(111d)를 이동시킬 수 있는 거리(D1) 내로 진입할 수 있다. 자기장 생성부(200)가 더 회전하면, 셀 211l도 자성 유체(111d)를 이동시킬 수 있는 거리(D1) 내로 진입하게 된다. 셀 211m, 211n은 자성 유체(111d)의 하트 모양 상부를 형성하며 위로 이동하고, 셀 211l은 하트 모양 하부를 형성하며 위로 이동하게 된다(경로 ①). 이처럼 셀들이 패턴화된 형태가 곧 자성 유체(111d)의 이미지에 대응할 수 있다.
이 외에, 하트 이미지를 구현할 때에는, 셀 211l을 제외하고, 동일 선상에 인접해 있는 셀 211m, 211n에서만 자기장을 생성하여 두 개의 원 형상(∞)을 형성하고, 중력에 의해 가운데 부분의 자성 유체가 아래쪽으로 흐르면서 하트 모양의 자성 유체(111d)를 구현할 수도 있다.
도 3 내지 도 7과 같은 원리로 이동하는 점, 선, 면, 도형 등의 이미지를 구현할 수 있다. 특히, 자기장 생성부(200)의 표면에 셀(211)이 패턴화(P1 ~ P4) 되어 있으면 자기장 생성부(200)를 회전시킴에 따라서 반복적으로 동일한 이미지를 구현할 수 있는 이점이 있다. 또한, 셀(211)에 영구자석을 배치하기만 하면 별도로 자기장을 인가하고 해제하는 과정을 거칠 필요가 없으므로, 구성을 간단하게 할 수 있는 이점이 있다. 또한, 자기장 생성부(200)를 카트리지화 하여, 다른 패턴(P1 ~ P4)이 형성된 자기장 생성부(200)를 교체 설치함에 따라 사용자가 원하는 이미지를 반복해서 구현하도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 여러 다른 실시예에 따른 자성 유체 디스플레이의 이미지 표시 형태를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 7에서 상술한 실시예 외에도, 다양한 이미지를 구현 가능하다.
도 8의 (a)를 참조하면, 도 3 및 도 4와 같이 점 형태의 자성 유체(111e)가 수직 방향으로 이동한 후(경로 ①), 후면에서 각각 다른 방향으로 인가되는 자기장에 의해 분리되어 이동함으로써 불꽃, 스파이크 형태의 자성 유체(111e')를 구현할 수 있다(경로 ②).
도 8의 (b)를 참조하면, 도 3 및 도 4와 같이 두개의 점 형태의 자성 유체(111f)가 상호 간격을 둔 상태에서 수직 방향으로 이동한 후(경로 ①), 수평 방향으로 서로 이동하여 합쳐져 더 큰 점 형태의 자성 유체(111f')를 구현할 수 있다(경로 ②).
도 8의 (c)를 참조하면, 하나의 셀(211)에 의해 자성 유체(111g)가 이동하지 않고, 인접한 복수의 셀(211)들에 의해 보다 큰 원 형태의 자성 유체(111g)를 구현할 수 있다(경로 ①).
도 3 내지 도 8을 통해 설명한 실시예 외에도, 자성 유체(111)는 스파이크 형상, 구 형상, 비구 형상, 원뿔 형상, 올챙이 형상, 분수 형상 등의 다양한 도형을 구현할 수 있고, 부메랑, 브이(V), 더블유(W), 삿갓(^), 웃는 이모티콘(^^) 등의 다양한 기호를 구현할 수도 있다.
한편, 도 3 내지 도 8에서 상술한 실시예의 경우는, 고정되거나, 회전하는 자기장 생성부(200)에서 표면에 고정 형성된 셀(211)을 예를 들어 설명하였지만, 셀(211)들이 자기장 생성부(200)의 표면(210)에서 위치가 고정되지 않고 이동가능하도록 설치된 경우도 동일하게 위의 실시예를 구현할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부의 부분 사진이다.
도 9를 참조하면, 표시 화면(110)의 투명 액체 내에 주입된 자성 유체(111)들이 투명 액체와 시각적으로 대비되어 이미지를 형성함을 확인할 수 있다. 다만, 자성 유체(111)가 디스플레이부(100)의 내벽면에 흡착되어 표시 화면(110)을 오염시킬 수도 있으므로, 디스플레이부(100)의 내벽면을 친수성 코팅하여 자성 유체(111)의 흡착을 방지하는 것이 바람직하다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(100)에서 이미지가 나타나는 사진이다.
도 10을 참조하면, 수직 방향으로 형성된 선 형태의 자성 유체(111b)[도 5 참조], 상부에서 불꽃, 스파이크 형태로 퍼지는 자성 유체(111e')[도 8의 (a) 참조] 등이 결합된 이미지를 확인할 수 있다. 그리고, 도 11을 참조하면, 하트 형태의 자성 유체(111d)[도 7 참조]의 이미지를 확인할 수 있다.
위와 같이, 본 발명의 자성 유체 디스플레이(10)는 자성 유체(111)를 이용하여 이미지를 나타낼 수 있으며, 자성 유체(111)에 인가되는 자기장의 형태를 제어함에 따라 다양한 이미지를 구현할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 자성 유체(111)가 자기장에 반응하여 움직이고, 자성 유체(111)의 이합집산(離合集散)에 따라 독특한 시각적 이미지를 나타낼 수 있으며, 스피커부(220)를 통해 출력되는 사운드와 매칭되도록 자성 유체(111)가 이미지를 구현하여, 사용자에게 시각과 청각을 복합화한 느낌을 전달할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
10: 자성 유체 디스플레이
100: 디스플레이부
110: 표시 화면
111: 자성 유체
120: 프레임
200: 자기장 생성부
210: 자기장 생성부 표면
211: 셀
220: 스피커부
P1 ~ P4: 셀 패턴

Claims (20)

  1. 자성 유체가 주입된 투명 액체를 포함하는 디스플레이부; 및
    상기 디스플레이부 후면에서 상기 자성 유체에 자기장을 인가하는 자기장 생성부
    를 포함하고,
    상기 자기장 생성부는 상기 디스플레이부의 상기 자성 유체를 이동시킬 수 있는 세기의 자기장을 인가하는 제1 영역 및 상기 자성 유체를 이동시킬 수 없는 세기의 자기장을 인가하는 제2 영역을 포함하는, 자성 유체 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 지면과 소정의 각도를 가지고 기울어지게 세워지거나, 수직하게 세워지는, 자성 유체 디스플레이.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자기장이 인가되면 상기 투명 액체 내에서 상기 자성 유체가 방향성을 가지고 이동하고, 상기 자기장이 인가되지 않으면 상기 자성 유체는 중력에 의해 하강하는, 자성 유체 디스플레이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자기장이 인가되면 상기 투명 액체 내에서 상기 자성 유체가 방향성을 가지고 이동하여 상기 디스플레이부에 이미지를 나타내는, 자성 유체 디스플레이.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투명 액체는 물과 알코올의 혼합액 또는 이온화수인, 자성 유체 디스플레이.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자성 유체는 금속 산화물 입자가 분산된 오일(oil)인, 자성 유체 디스플레이.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자성 유체의 비중은 1.2g/cm3 내지 1.5g/cm3이고, 점도는 2,000cP를 초과하지 않는, 자성 유체 디스플레이.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 투명 액체를 포함하는 디스플레이부의 내벽면은 친수성 코팅된, 자성 유체 디스플레이.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 생성부의 표면은 복수의 셀을 포함하는, 자성 유체 디스플레이.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 셀들은 패턴화되고, 패턴 형태는 상기 디스플레이부에 표시되는 이미지의 형태에 대응하는, 자성 유체 디스플레이.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 자기장 생성부는, 상기 셀들을 상기 자기장 생성부의 표면 상에서 이동시켜 패턴을 구성할 수 있는 셀 이동부를 포함하는, 자성 유체 디스플레이.
  12. 제9항에 있어서,
    각각의 상기 셀들은 생성하는 자기장의 세기, 자기장 주파수가 동일하거나 상이한, 자성 유체 디스플레이.
  13. 제9항에 있어서,
    각각의 상기 셀들은 상기 디스플레이부 후면과의 직선 거리가 동일하거나, 상이한, 자성 유체 디스플레이.
  14. 제9항에 있어서,
    각각의 상기 셀들은 전자석, 영구자석, 코일 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 자성 유체 디스플레이.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 생성부는 원기둥 형상, 타원기둥 형상, 벨트 형상 중 어느 하나인, 자성 유체 디스플레이.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 생성부는 상기 디스플레이부의 후면에 대향하는 면이 바뀌도록 회전가능한, 자성 유체 디스플레이.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 생성부는 사운드를 출력하는 스피커부를 더 포함하는, 자성 유체 디스플레이.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 스피커부와 상기 자기장 생성부가 전기적으로 연결되고,
    상기 스피커부에 흐르는 전류의 양, 상기 스피커부에서 출력되는 사운드의 크기, 비트 중 적어도 어느 하나에 따라, 상기 자기장 생성부에서 상기 디스플레이부에 인가하는 자기장의 세기, 자기장 주파수, 자기장의 패턴 중 적어도 어느 하나가 변경되는, 자성 유체 디스플레이.
  20. 제18항에 있어서,
    외부로부터 음악 신호를 전달받아 상기 스피커부에 송출하고, 상기 음악 신호를 자기장 패턴 신호로 변환하여 상기 자기장 생성부가 상기 자성 유체에 인가하는 자기장의 형태를 제어하는 제어부
    를 더 포함하는, 자성 유체 디스플레이.
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