KR102112170B1 - 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치 - Google Patents

열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치가 개시된다. 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치는, 바디부의 측면에 설치되어, 사용자로부터 체온을 전달받아 발열되는 열전 모듈과, 열전 모듈로부터 발전되는 전력을 저장하는 저장부와, 바디부에 설치되며 저장부에 저장된 전력을 공급받아 이미지를 표시하는 디스플레이부를 포함한다.

Description

열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치{PORTABLE DISPLAY APPARATUS USING THERMOELELCTRIC MODULE}
본 발명은 열전 모듈을 이용하여 전력을 공급받아 작동되는 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 열전 모듈은, 열전 재료(TE: thermoelectric element), 전극 재료와 접합 및 안정성을 위한 재료로 구성되는 것으로, 열전 재료에 가해지는 온도 차이를 이용하여 발전하는 것이 가능한 것을 말한다.
이러한 열전 모듈은, 고상의 재료로 구성되는 것으로 필요에 따라 사이즈의 조절이 가능한 바, 수mm 내지 수십mm의 크기로 제작이 가능하다.
한편, 전자 잉크를 사용하는 전자책의 경우에는 페이지가 변동되는 경우에만 전력을 사용하는 구동 방법이 이용되고 있다.
즉, 전자책은 최소한의 전력을 소모하는 바, 한정된 용량의 배터리를 이용하여 사용 시간을 최대화하는 것이 가능하다.
그러나, 전자책은, 전원 공급이 원활하지 못한 곳에서 장시간 사용하는 경우, 전자책의 원활한 구동이 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 전원 공급이 어려운 환경에서도 체온을 전달받아 구동되는 열전 모듈을 이용하여 전자 잉크를 이용한 디스플레이 구동이 가능한 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는, 바디부의 측면에 설치되어, 사용자로부터 체온을 전달받아 발열되는 열전 모듈과, 열전 모듈로부터 발전되는 전력을 저장하는 저장부와, 바디부에 설치되며 저장부에 저장된 전력을 공급받아 이미지를 표시하는 디스플레이부를 포함한다.
열전 모듈은, 바디부의 일측에 설치되며 체온을 전달받아 발열되는 고온 소자와, 고온 소자로부터 이격되어 휴대 디스플레이 장치에 설치되며 대기에 노출되는 저온 소자를 포함할 수 있다.
고온 소자는 휴대 디스플레이 장치의 일측에 복수개로 설치될 수 있다.
고온 소자는, 디스플레이부의 측면에 설치되는 제1 소자와, 제1 소자로부터 이격되어 디스플레이부의 측면에 설치되는 제2 소자를 포함할 수 있다.
열전 모듈은, 비스무스 텔루라이드계(Bi2Te3) 재질의 합성 소결 작업 과정에 의해 형성될 수 있다.
고온 소자의 표면에는 복수개의 돌기부가 돌출될 수 있다.
고온 소자의 표면에는 오목부가 형성될 수 있다.
디스플레이부는, 열전 모듈로부터 전원을 공급받아 구동되는 전자 잉크를 포함할 수 있다.
열전 모듈은, 가로 및 세로 각각의 길이가 2mm 내지 20mm 범위의 크기로 상기 바디부에 설치될 수 있다.
열전 모듈에는 복수개의 TE(THERMOELECTRIC) 소자를 포함하고, TE 소자의 각각은 가로 및 세로 각각의 길이가 0.2mm 내지 1.0mm 범위의 크기로 형성되어 열전 모듈에 복수개로 설치될 수 있다.
TE 소자는 열전 모듈의 가로 및 세로가 10mm인 10 평방 밀리미터 면적의 크기에 대해, 가로 및 세로가 0.4mm인 0.4 평방 밀리미터의 크기로 127로 설치되며, 0.3mm 내지 2.0mm 범위의 높이로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자가 열전 모듈에 손가락을 접촉하는 것으로 발전 작용이 이루어져 전력을 공급하는 것이 가능한 바, 전자 잉크 구동으로 표시되는 디스플레이부의 구동이 별도의 전원 장치를 이용하지 않고 안정적으로 구동되어 사용자 만족도의 향상이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3은 도 1의 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 배면도이다.
도 4는 도 1의 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치의 내부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 측면도이며, 도 3은 도 1의 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 배면도이고, 도 4는 도 1의 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치의 내부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치(100)는, 바디부(10)의 측면에 설치되어 사용자의 신체로부터 열을 전달받아 발열되는 열전 모듈(30)과, 열전 모듈(30)로부터 발전되는 전력을 저장하는 저장부(40)와, 저장부(40)에 저장된 전력을 공급받아 이미지를 표시하는 디스플레이부(11)를 포함한다.
바디부(10)는, 사용자가 휴대한 상태로 사용 가능한 크기로 형성되는 것으로, 사용자가 확인 가능한 디스플레이부(11)가 설치된다.
디스플레이부(11)는 바디부(10)의 저면에 형성되어 정보를 표시하는 것으로, 본 실시예예서는 전자 잉크(ELECTRONIC INK)를 이용하여 전자책을 구현하는 용도로 적용되는 것을 예시적으로 설명한다.
즉, 디스플레이부(11)는 본 실시예에서 상대적으로 저전력을 사용하는 전자책으로 적용되는 것을 예시적으로 설명한다. 그러나, 디스플레이부(11)는 전자책 용도로 반드시 한정되는 것은 아니고, 전자책의 전자 잉크의 전력 소모량에 대응하는 전력을 소모하는 소정의 휴대 기기로 변경 적용되는 것도 가능하다.
바디부(10)는 포켓에 수납 가능한 크기 또는 가방의 수납부에 수납 가능한 크기 등과 같이, 휴대 가능한 적절할 크기로 형성될 수 있다.
바디부(10)는 사용자가 파지하여 사용하기 용이하도록 직사각형 또는 가장자리 부분에 라운드 형상을 포함하는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 바디부(10)에는 작동 제어를 위한 조작부(20)가 설치될 수 있다.
조작부(20)는 바디부(10)에 복수개의 제어 버튼으로 적용될 수 있다. 즉, 조작부(20)는 본 실시예의 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치(100)를 전자책의 용도로 적용하는 경우, 페이지 넘김 버튼으로 적용될 수 있다.
즉, 조작부(20)는 페이지를 순방향으로 넘기는 제1 버튼(21)과, 페이지를 역방향으로 넘기는 제2 버튼(23)을 포함할 수 있다. 물론, 조작부(20)는 페이지 넘김 버튼으로 반드시 적용되는 것은 아니고, 디스플레이부(11)의 조도를 변경하는 등의 소정의 제어 버튼(미도시)을 함께 포함하는 것도 가능하다.
이러한 바디부(10)의 표면에는 열전 모듈(30)이 설치된다.
열전 모듈(30)은, 바디부(10)에 설치되어 디스플레이부(11)의 전자 잉크를 구동하는 전력을 발전하도록 설치될 수 있다. 즉, 열전 모듈(30)은 사용자의 신체의 일부, 예를 들면 손가락 등에 접촉되어 체온을 통한 열에너지를 전달받아, 디스플레이부(11)를 구동하는 전력을 발전하는 것이 가능하다. 이에 대해서는 이하에서 구체적으로 설명한다.
열전 모듈(30)은, 바디부(10)의 일측에 설치되는 고온 소자(31)와 바디부(10)의 타측에 설치되는 저온 소자(33)를 포함할 수 있다. 즉, 고온 소자(31)와 저온 소자(33)는 바디부(10)를 사이에 두고 대향하는 양측에 각각 설치될 수 있다. 물론, 고온 소자(31)와 저온 소자(33)는 바디부(10)의 양측에 대향하도록 설치되는 것으로 반드시 한정되는 것은 아니고, 서로간에 이격된 상태로 바디부(10)에 설치 위치를 달리하여 설치되는 것도 가능하다.
고온 소자(31)는 사용자로부터 체온을 전달받는 것으로, 본 실시예에서 바디부(10)에서 디스플레이부(11)에 근접된 위치에 설치될 수 있다. 즉, 고온 소자(31)는 사용자가 바디부(10)를 파지한 상태에서 손가락의 피부 접촉에 의한 체온을 전달받는 것으로, 저온 소자(33)와의 온도 차이의 방생에 따른 작용 효과에 의해 기전력이 발생되어 발전 구동될 수 있다.
저온 소자(33)는 바디부(10)에서 고온 소자(31)가 설치된 위치로부터 이격된 위치에 설치되는 것으로, 본 실시예에서는 바디부(10)의 후면에서 고온 소자(31)가 설치된 위치에 대향되는 위치에 설치될 수 있다.
저온 소자(33)는 전술한 바와 같이, 고온 소자(31)와의 온도 차이가 발생되도록 설치되는 것으로, 고온 소자(31)와 동일 또는 유사한 크기로 바디부(10)의 후면에 설치될 수 있다.
고온 소자(31) 또는 저온 소자(33)는 본 실시예에서 바디부(10)에 각각 하나로 설치되는 것을 예시적으로 설명한다. 그러나 고온 소자(31) 또는 저온 소자(33)는 적어도 어느 하나는 복수개로 설치되어, 체온을 이용한 열전 모듈(30)의 발전 작용이 이루어지는 것도 가능하다.
바디부(10)에는 도 4에 도시된 바와 같이, 열전 모듈(30)에서 발전되는 전력을 보관하고 디스플레이부(11)에 공급을 위한 저장부(40)와, 저장부(40)에 충전을 위한 DC-DC 컨버터(50)가 설치될 수 있다.
저장부(40)는 충방전이 가능한 이차 전지로 적용되는 배터리부재로서 바디부(10)의 내부에 설치되는 것으로, 열전 모듈(30)에서 발전되는 전력을 저장할 수 있다. 이하에서 저장부와 배터리부재는 동일 참조 번호 40을 사용한다.
이러한 배터리부재(40)는 전력 충전을 위한 DC-DC 컨버터(50)에 연결될 수 있다.
DC-DC 컨버터(50)는 배터리부재(40)에 연결되어, 열전 모듈(30)에서 발전되는 전력이 일정 이상의 전압으로 배터리부재(40)에 공급되도록 하여 안정적인 충전 작동이 이루어지도록 할 수 있다.
전술한 열전 모듈(30)은, 비스무스 텔루라이드계(Bi2Te3) 재질의 합성 소결 작업 과정에 의해 제조되어, 바디부(10)에 설치될 수 있다.
이와 같이, 열전 모듈(30)이 비스무스 텔루라이드계(Bi2Te3) 재질의 합성 소결 작업 과정에 의해 제조되는 바, 고온 소자(31)와 저온 소자(33)의 상대적으로 낮은 온도 차이에서 높은 발전 출력이 이루어질 수 있다.
즉, 본 실시예의 열전 모듈(30)은 비스무스 텔루라이드계(Bi2Te3) 재질의 합성 소결 작업 과정에 의해 높은 발전 출력 밀도로 제조되는 것이 가능하다.
또한 열전 모듈(30)은 디스플레이부(11)의 크기에 대응하여 가로 및 세로 각각의 길이가 2mm 내지 20mm 범위의 크기를 갖는 사각형 형상으로 형성되어 바디부(10)에 설치될 수 있다.
그리고, 열전 모듈(30)을 구성하는 소자는 복수개의 TE(THERMOELECTRIC) 소자로 형성된다. 이러한 TE 소자는, 열전 모듈(30)의 가로 및 세로 10mm 크기인 10 평방 밀리미터의 크기에 대응하여, 가로 및 세로의 크기가 0.4mm인 0.4 평방 밀리미터의 크기로 127개로 구성될 수 있다.
또한 TE 소자는 0.3mm 내지 2.0mm 범위의 높이로 형성될 수 있다. 여기서, TE 소자의 각각은 가로 및 세로 각각의 길이가 0.2mm 내지 1.0mm 범위의 크기로 형성되어 열전 모듈에 구성될 수 있다. 본 실시예에서 TE 소자는 전 모듈의 전체 표면적에 대해 0.4mm의 크기를 갖도록 형성되는 것을 예시적으로 설명한다.
이러한 크기의 TE 소자를 갖는 열전 모듈(30)은, 상온(섭씨 27도)에서 동작하는 경우, 고온 소자의 온도가 섭씨 35도이면 9mW의 발전이 가능하고, 고온 소자의 온도가 섭씨 55도이면 110mW의 발전이 가능하며, 고온 소자의 온도가 섭씨 85도 이면 450mW의 발전이 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치(100)의 열전 모듈(30)은, 고온 소자(31)에 사용자의 체온이 전달되는 경우, 디스플레이부(11)의 전자 잉크의 구동을 위한 전원을 원활하게 공급하는 것이 가능하다.
즉, 전자 잉크를 이용한 디스플레이부(11)는, 디스플레이부(11)의 크기가 가로 및 세로가 각각 100mm 및 50mm인 경우, 전자 잉크 화면의 구동을 위해 13 내지 21mJ의 에너지가 필요하다.
본 실시예에서, 배터리부재(40)의 전력 변환 효율이 50%인 경우, 사용자의 체온 섭씨 36.5도인 경우 9mW 이상의 전력이 발전되고 4.5mW 이상의 전력이 축전될 수 있다. 따라서, 사용자는 고온 소자(31)에 손가락을 3 내지 5초 접촉시키는 발전 작용에 의해 13 내지 21mJ의 에너지가 발생되는 바, 추가적인 전원 장치 없이 디스플레이부(11)의 원활한 구동이 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치(100)는, 사용자가 바디부(10)의 표면에 노출된 열전 모듈(30)의 고온 소자(31)에 손가락을 접촉하는 것으로 발전 작용이 이루어지는 바, 전자 잉크 구동으로 표시되는 디스플레이부(11)의 구동이 별도의 전원 장치를 이용하지 않고 안정적으로 구동될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 4와 동일 참조 번호는 동일 또는 유사 기능의 동일 또는 유사 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치(200)는, 열전 모듈(30)의 고온 소자(131)는 바디부(10)의 전면에서 디스플레이부(11)에 근접된 위치에 서로간에 이격된 2개로 설치된다.
이와 같이, 고온 소자(131)가 바디부(10)에 2개로 설치되는 바, 사용자는 오른손 또는 왼손을 이용하여 바디부(10)를 파지한 상태에서 손가락이 고온 소자(131)에 용이하게 접촉될 수 있다.
따라서, 사용자의 오른손 또는 왼손 등의 파지 방법이 변동되는 경우에도 체온을 고온 소자(131)에 용이하게 전달하는 것이 가능한 바, 사용자의 사용 편의성 향상이 가능하다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 5와 동일 참조 번호는 동일 또는 유사 기능의 동일 또는 유사 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치(300)는, 고온 소자(31)의 표면에 돌기부(210)가 돌출된다.
돌기부(2310)는 고온 소자(31)의 표면에 복수개로 돌출되는 바, 사용자는 손가락을 돌기부(210)에 접촉하는 것으로 고온 소자(31)의 위치를 용이하게 확인할 수 있다. 따라서, 사용자는 돌기부(210)를 이용하여 고온 소자(31)의 설치된 위치를 용이하게 확인하여, 체온을 고온 소자(31)에 안정적으로 전달하는 것이 가능하다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 6과 동일 참조 번호는 동일 또는 유사 기능의 동일 또는 유사 부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치(400)의 고온 소자(31)의 표면에는 오목부(310)가 형성된다.
오목부(310)는 고온 소자(31)의 표면에 형성되는 것으로, 사용자의 손가락과 접촉하는 면적을 증대 시키는 것이 가능하다. 따라서, 체온이 고온 소자(31)에 효과적으로 전달되어 열전 모듈(30)의 원활한 발전 작용이 이루어질 수 있다.
오목부(310)는 본 실시예에서 고온 소자(31)의 표면에 하나로 형성되는 것을 예시적으로 설명하지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 적어도 2개 이상의 복수개로 형성되는 것도 가능하다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10...바디부 11...디스플레이부
20...조작부 21...제1 버튼
23...제2 버튼 30...열전 모듈
31, 131...고온 소자 33...저온 소자
40...저장부 50...DC-DC 컨버터
210..표시부 210..돌기부
310..오목부

Claims (11)

  1. 바디부의 측면에 설치되어, 사용자로부터 체온을 전달받아 발열되는 열전 모듈;
    상기 열전 모듈로부터 발전되는 전력을 저장하는 저장부;
    상기 바디부에 설치되며, 상기 저장부에 저장된 전력을 공급받아 이미지를 표시하는 디스플레이부;
    상기 바디부에 설치되어 상기 디스플레이부를 제어하는 조작부; 및
    상기 바디부에 설치되어 상기 디스플레이부의 조도를 변경하는 제어버튼
    을 포함하고,
    상기 열전 모듈은,
    상기 바디부의 일측에 설치되며 체온을 전달받아 발열되는 고온 소자; 및
    상기 고온 소자로부터 이격되어 휴대 디스플레이 장치에 설치되며 대기에 노출되는 저온 소자를 포함하고,
    상기 고온 소자는 상기 조작부를 사이에 두고 2개로 설치되는 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고온 소자는 상기 휴대 디스플레이 장치의 일측에 복수개로 설치되는 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고온 소자는,
    상기 디스플레이부의 측면에 설치되는 제1 소자; 및
    상기 제1 소자로부터 이격되어 상기 디스플레이부의 측면에 설치되는 제2 소자;
    를 포함하는 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열전 모듈은, 비스무스 텔루라이드계(Bi2Te3) 재질의 합성 소결 작업 과정에 의해 형성되는 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고온 소자의 표면에는 복수개의 돌기부가 돌출되는 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고온 소자의 표면에는 오목부가 형성되는 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이부는, 상기 열전 모듈로부터 전원을 공급받아 구동되는 전자 잉크를 포함하는 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열전 모듈은, 가로 및 세로 각각의 길이가 2mm 내지 20mm 범위의 크기로 상기 바디부에 설치되는 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열전 모듈에는 복수개의 TE(THERMOELECTRIC) 소자를 포함하고,
    상기 TE 소자의 각각은 가로 및 세로 각각의 길이가 0.2mm 내지 1.0mm 범위의 크기로 형성되어, 상기 열전 모듈에 복수개로 설치되는 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 TE 소자는 상기 열전 모듈의 가로 및 세로가 10mm인 10 평방 밀리미터 면적의 크기에 대해, 가로 및 세로가 0.4mm인 0.4 평방 밀리미터의 크기로 127로 설치되며, 0.3mm 내지 2.0mm 범위의 높이로 형성되는 열전 모듈을 이용한 휴대 디스플레이 장치.
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