KR20160123198A - 폴더 형태로 태양전지판을 설치한 스마트폰 케이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주로 태양전지판을 뒷면에 설치하는 기존 방식들과는 달리 태양전지판을 스마트폰 케이스 전면에 설치하면서, 햇빛에서 효율이 좋은 결정질 실리콘 태양전지와 음영지역에서도 발전 가능한 박막 필름 태양전지를 모두 설치하여 필요시 태양전지판을 펼쳐서 배터리를 충전하도록 하였다. 즉, 양지에서는 고효율의 결정질 실리콘 태양전지를 음영지역에서는 박막 필름 태양전지로 발전하도록 함으로써, 스마트폰 사용자는 빛이 있는 어떤 환경에서도 스마트폰을 충전할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 태양전지판의 보호 덮개를 설치하여 태양전지판의 오염 및 스크래치를 방지하여 발전 효율을 유지하면서, 보호 덮개에 박막 필름형과 같이 얇고 유연한 태양전지판을 추가로 설치하여, 덮개를 열면 태양전지판이 모두 노출되도록 구성하여 2배 면적의 태양전지판을 설치하여 발전량을 높일 수 있는 효과가 있다. 이와 함께, 스마트폰 케이스의 태양전지판을 태양을 향하게 사용자가 쉽게 10° ~ 30° 내외로 기울일 수 있어 태양광 발전량을 높일 수 있는 효과가 있다. 본 발명은 단순하게 제작하였던 스마트폰 케이스 및 보조배터리의 태양전지판을 태양광 발전소처럼 발전 효율을 높이기 위한 최적화 기술을 접목시킨 것이다.

Description

폴더 형태로 태양전지판을 설치한 스마트폰 케이스{The smartphone case which built in the folding type of solar panel}

스마트폰의 보급이 확대되고 사용 시간이 증대하면서 배터리 잔량이 부족해지는 경우가 많아 배터리 충전 문제는 중요한 문제로 등장하였다. 특히, 외부에서 활동하는 사용자들은 여분의 보조 배터리를 항시 휴대해야 하는 등 불편함이 컸다. 최근들어 아이폰은 물론 안드로이드 계열의 전략적인 모델들도 배터리 교체가 불가능한 일체형으로 공급되고 있다. 배터리 교체가 되지 않는 모델들의 확산과 함께 하루 평균 수시간 동안 스마트폰을 사용하는 생활 패턴이 보편화 됨에 따라 스마트폰 충전은 중요한 생활의 불편함으로 이슈화될 전망이다. 또한, 최근 출시한 전략적 스마트폰들이 무선 충전 기술을 채택함에 따라, 수년 이내에 대부분 스마트폰들도 무선충전기술을 지원할 전망이다.

수년 전부터 보조배터리가 만들어져 스마트폰과 케이블로 연결하여 충전하는 제품들이 널리 판매되기 시작하였고, 일부 제품은 보조배터리 후면에 태양전지판을 설치하여 태양광 에너지로 충전할 수 있도록 하였다. 그러나 이러한 보조배터리는 용량이 스마트폰보다 커야하기 때문에 무겁고 부피가 커서 휴대하기 어렵다. 이를 해결하기 위하여 스마트폰 케이스에 태양전지판을 탑재한 제품들이 개발 판매되기 시작하였다. 판매되는 제품들은 모두 스마트폰 케이스 뒷면에 태양전지판을 설치하는 형태로 제공되고 있다. 본 발명은 스마트폰의 충전 문제를 해결해줄 수 있도록 발전 효율을 높이는 수단들이 설치된 태양전지판 혹은 다른 에너지 발생 수단을 함께 탑재한 스마트폰 케이스에 관한 것이다.

태양전지판 기술도 많은 발전이 이루어져 최근 발전 효율이 24% 대에 이르는 상용 제품도 판매되고 있다. 태양 전지는 원리와 소재 및 공정 기술에 따라 크게 태양광발전소에 많이 적용되는 결정질 실리콘 태양전지와 두께 0.5mm 이내로 제작할 수 있고 음영지역에서도 부분적으로 발전 가능한 박막 태양전지로 구분된다. 결정질 태양전지는 단결정 실리콘 태양전지와 다결정 태양전지(Poly Silicon)로 구분되며,박막 태양전지는 사용되는 소재에 따라 비정질 실리콘 태양전지(미국 Power Film사 외), CIGS계열 태양전지(미국 Solo Power사 외), 염료감응 태양전지로 분류된다. 박막 태양전지의 경우 효율이 10% 내외로 알려져 있어 20% 내외인 결정질 태양전지에 비해 비효율적이지만, 음영지역에서는 전력 생산이 어려운 결정질 태양전지에 비해 전력이 생산된다는 장점이 있어 전자계산기 등에 널리 적용되고 있다. 스마트폰의 운용 환경은 태양 빛이 강한 야외보다는 실내 중심이므로 이에 적합한 태양전지판을 선택할 필요가 있다.

스마트폰의 배터리를 충전하기 위해서는 하단의 마이크로 USB 단자 및 전용 단자(아이폰)에 충전기를 연결하는 방법이 있다. 혹은, 보조배터리를 케이블로 연결하여 충전하는 방법이 있다. 혹은, 스마트폰 뒷 카바를 열고 배터리에 보조 전극을 설치하여 해당 접점을 통하여 충전하거나, USIM 커넥터 근처에 설치되어 있는 배터리 연결 접점과 연결하여 충전하는 방법이 있다. 최근들어 자기공명 혹은 전자기유도 방식(충전식 칫솔)을 적용하여 무선으로 충전하는 방식이 적용되고 있다. 전자기 유도 방식은 충전 패드와 스마트폰 내부에 있는 두개의 코일이 유도 전류를 일으키면서 배터리를 충전하는 방식이고, 자기공명식은 1~2m 떨어진 송수신단에 동일한 주파수로 전력을 보내 충전하는 방식이다.

현재 스마트폰 충전을 위해 태양전지판을 탑재한 것으로는 태양전지판을 장착한 보조 배터리와 태양전지판을 뒷면에 장착한 스마트폰 케이스가 있다. 태양전지판을 뒷면에 장착한 스마트폰 케이스로는 강한 햇빛에서 발전량이 많은 결정질 실리콘 태양전지를 탑재한 모델과 음영지역에서도 발전 가능한 박막 필름형 태양 전지를 탑재한 모델이 판매되고 있다. 케이스에 설치된 태양전지판과 스마트폰을 연결하기 위해 마이크로 USB 단자에 케이블을 연결하는 과정에서 하단이 길어지는 형태가 일반적이지만, 최근 국내 통신사에서 발표한 모델(일명 솔라 스킨)은 하단이 길어지지 않도록 스마트폰 뒷 카바를 탈착하고 직접 내부 배터리와 접점을 연결하는 방식이 발표되었다.

스마트폰의 보급으로 인하여 스마트폰의 액정 또는 외관을 보호하기 위하여 여러가지 형태의 케이스가 시장에 출시되고 있으며 대부분 스마트폰 사용자들은 케이스를 구입하여 사용하고 있다. 실리콘을 재질로 하여 사출 형태로 스마트폰의 후면을 감싸는 형식이 주로 사용하고 있으며, 가죽이나 인조 피혁을 이용한 지갑 형태의 케이스의 경우는 단순히 스마트폰을 일반적인 카드와 동일한 형태로 삽입하거나, 단순히 지갑 안에 고정하는 방식으로 사용하고 있다. 스마트폰은 배터리 소모량이 많아서 대용량 보조 배터리를 별도로 가지고 다니거나, 대한민국 특허청 공개특허공보 제2012-0056633호에서는 태양광전지판을 구비한 케이스가 제공되어 태양광으로 충전하면서 사용할 수 있도록 하고 있다. 스마트폰은 전면에는 액정화면이 있으므로, 태양광전지판을 후면에 배치하게 됨으로써 스마트폰을 반드시 뒤집어 놓아야만 충전이 가능하다는 문제점이 있었는데, 대한민국 특허청 공개특허공보 제 2012-0056633호에서는 태양광 케이스에 스마트폰을 슬라이딩 삽입하도록 구성하였다. 대한민국 특허청 등록특허공보 제 10-1359267호는 제1, 2 태양광전지판을 설치하여 스마트폰을 케이스에 넣은 상태에서는 똑바로 놓거나 뒤집어 놓아도 충전 가능한 기술을 소개하였다.

본 발명은 현재 발표된 태양전지판을 탑재한 스마트폰 케이스들의 문제점을 해결하고자 한다. 해결해야 하는 과제로는 첫째로 태양전지판을 뒷면에 설치함으로써 충전시 뒤집어 놓아야 하고, 뒷면의 카메라센서가 강한 직사광에 직접 노출됨으로써 열화 되는 문제점을 차단해야 한다. 카메라센서는 이미지센서와 렌즈, 자동 촛점용 액츄에이터로 구성된 초정밀 전자부품으로 일반적으로 동작 온도는 80℃ 이하로 제한되어 있지만, 강한 직사광과 자외선이 조사될 경우 렌즈 효과에 의해 국부적으로 높은 온도 상승은 물론 자외선에 의해 탈색될 우려가 있다. 그런 측면에서 카메라센서가 노출되는 위치인 뒷면에는 태양전지판을 설치하지 않는 방법이 필요하다. 둘째로, 태양전지판은 햇빛에서 발전 효율이 높은 결정질 실리콘 태양 전지와 햇빛에서는 효율이 좋지 않은 박막 필름형 중 1 가지를 선택 사용하면서, 결정질 실리콘형의 경우 음영지역에서는 충전이 잘되지 않으며, 박막 필름형의 경우 햇빛이 강한 지역에서도 결정질 대비 발전 효율이 높지 않다는 문제점이 있었다. 셋째로, 태양전지판은 표면의 상태에 의해 빛이 산란 혹은 반사되면 발전 효율이 급격히 저하되므로, 태양전지판 위에 강화 필름을 부착할 경우에도 필름의 표면 상태를 청결하게 유지해야 하지만 외부에 노출된 상태로 휴대할 경우 접촉에 의해 오염 및 스크래치 발생 우려가 높아진다는 문제점이 있다.

본 발명을 통해 해결해야 하는 과제로는 첫째로 태양전지판을 뒷면에 설치함으로써, 충전시 뒤집어 놓아야 하고 뒷면의 카메라센서가 강한 직사광에 직접 노출됨으로써 열화 되는 문제점을 해결하기 위해서는, 태양광전지판을 뒷면보다는 앞면에 배치하는 방법을 적용한다.

둘째로, 태양전지판은 햇빛에서 발전 효율이 높은 결정질 실리콘 태양 전지와 햇빛에서는 효율이 좋지 않은 박막 필름형 중 1 가지를 선택 사용하면서 결정질 실리콘의 경우 음영지역에서는 충전이 잘되지 않으며, 박막 필름형의 경우 햇빛이 강한 지역에서도 발전량이 많지 않다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해서 결정질 실리콘 태양전지와 박막 필름 태양전지판을 모두 설치하는 방법을 적용한다. 이를 통해 음영지역에서는 박막 필름 태양전지판으로 충전하고 햇빛이 강한 지역에서는 고효율 결정질 실리콘 태양전지를 사용하여 충분히 충전되도록 한다.

셋째로, 태양전지판은 표면의 상태에 의해 빛이 산란 혹은 반사되면 발전 효율이 급격히 저하되므로, 강화 필름 등을 부착하여 언제나 표면 상태를 청결하게 유지해야 하지만 외부에 노출될 경우 오염 및 스크래치 발생 우려가 높다. 이를 해결하기 위하여 태양전지판에 보호 덮개를 설치하는 방식을 적용하기로 한다. 이때 보호 덮개에는 두께 0.2mm 내외의 박막 필름 태양전지를 설치하면 동일 크기의 스마트폰에서 2배 면적의 태양전지판을 설치할 수 있어 발전량을 높일 수 있다.

넷째로, 태양전지판의 기울기 각도는 표면에 입사되는 태양광 에너지를 확보하는데 결정적인 영향을 미친다. 태양전지판의 기울기 각도가 설치된 위치의 위도와 태양의 고도와 일치할 때 최대 발전 효율이 얻어진다. 급격한 기울기 각도는 겨울철에 적합하고 더 낮은 기울기 각도는 여름철에 최적이다. 서울 지방(위도 37°)의 경우 봄과 가을에는 37° 내외, 여름에는 14° 내외, 겨울에는 60° 내외로 태양전지판을 기울일 때 최대 발전이 이루어진다. 그러므,로 태양전지판의 발전 효율을 높이기 위해서는 사용하는 지역의 위도와 춘하추동에 따라 기울여야 하는 각도를 조정할 수 있는 장치가 필요하다. 햇빛이 비치는 실내 창가 근처에 태양전지판을 놓고 각도를 기울여가면서 실험을 해보면, 평면에 놓은 것보다 기울이면 발전 효율이 30% 이상 높아지는 현상을 쉽게 관찰할 수 있다. 이른 봄과 늦은 가을철 오전 10시 전후에는 2배 이상 차이가 발생하는 경우도 있다.

본 발명은 주로 태양전지판을 뒷면에 설치하는 기존 방식들과는 달리 태양전지판을 스마트폰 케이스 전면에 설치하면서, 햇빛에서 효율이 좋은 결정질 실리콘 태양전지와 음영지역에서도 발전 가능한 박막 필름 태양전지를 모두 설치하여, 태양광 상태가 좋지 않은 경우에도 최소한 태양전지판을 펼쳐서 스마트폰 배터리를 충전하도록 구성하였다. 태양전지판을 태양을 향하여 기울이도록 구성하면서, 태양전지판 표면에 스크레치 및 오염이 되지 않도록 덮개를 설치고, 보호 덮개에 박막 필름형 태양전지를 설치하여 태양전지판 면적을 2배 확보하도록 하였다. 본 발명은 단순하게 제작하였던 스마트폰 케이스 및 보조배터리의 태양전지판를 태양광 발전소처럼 발전 효율을 높이기 위한 다양한 최적화 기술을 접목시킨 것이며 다음과 같은 효과가 기대된다.

첫째, 양지에서는 고효율의 결정질 실리콘 태양전지를 음영지역에서는 박막 필름 태양전지로 발전하도록 함으로써, 스마트폰 사용자는 빛이 있는 어떤 환경에서도 충전 가능하다는 효과가 있다.

둘째, 태양전지판을 스마트폰 케이스 전면에 설치함으로써 스마트폰을 뒤집어 충전할 필요가 없으며, 충전하면서 케이스 전면에 설치된 투명창으로 스마트폰의 상태를 확인할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 태양전지판을 지갑형 스마트폰 케이스 앞 커버의 안쪽에 설치하는 경우에는 앞 커버를 펼쳐 태양전지판을 노출 충전하면서, 동시에 스마트폰을 사용할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 태양전지판 보호 덮개를 설치하여 태양전지판의 오염 및 스크래치를 방지하여 발전 효율을 유지하도록 하였다. 이와 함께, 보호 덮개에 박막 필름형과 같이 얇고 유연한 태양전지판을 추가로 설치하여, 보호 덮개를 열면 태양전지판이 모두 노출되도록 구성함으로써 2배 면적의 태양전지판으로 발전량을 높일 수 있는 효과가 있다.

다섯째. 태양전지판의 보호 덮개를 2단 이상 접는 방식으로 구성하고 각각의 단에 박막 필름형 태양전지판을 설치하는 경우, 태양전지판의 면적을 접히는 단 숫자만큼 확대할 수 있는 효과가 있다.

여섯째, 태양전지판에 보호 덮개를 설치함으로써 태양전지판을 펼치지 않을 때에는 가죽 등을 사용하는 고급형 스마트폰 케이스와 동일한 외형을 제공하는 효과가 있다.

일곱째, 스마트폰 케이스의 태양전지판을 태양을 향하게 사용자가 쉽게 10° ~ 30° 내외로 기울일 수 있어 태양광 발전량을 높일 수 있는 효과가 있다.

제 1 도는 태양전지판을 설치한 보조 배터리의 이미지도이다.
제 2 도는 태양전지판을 스마트폰 뒷면에 설치한 앞 커버가 없는 케이스 일체형 제품의 이미지이다.
제 3 도는 태양전지판을 스마트폰 뒷면에 설치한 앞 커버가 있는 케이스 일체형 제품의 이미지이다.
제 4 도는 태양전지판의 기울기에 따른 태양광 발전 효율 비교 그림이다.
제 5 도는 일반 지갑형 스마트폰 케이스의 전면과 후면 이미지도이다.
제 6 도는 본 발명의 태양전지판을 스마트폰 케이스 앞면의 앞 커버 안쪽에 설치한 일체형 제품의 이미지이다.
제 7 도는 본 발명의 태양전지판을 스마트폰 케이스 앞면의 앞 커버 바깥쪽에 설치한 일체형 제품의 이미지이다.
제 8 도는 본 발명의 양지에서 발전 효율이 높은 태양전지판과 음영지역에서도 발전이 이루어지는 태양전지판을 동시에 사용하여 구성한 회로도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 태양전지판을 전면에 설치한 스마트폰 케이스로서, 양지와 음영지역에서 모두 사용할 수 있도록 다른 태양광 발전 원리 및 소재와 공정으로 제작한 2종류 이상의 태양전지판을 각각 설치함을 특징으로 한다. 이와 함께 태양전지판의 표면이 오염 및 스크래치가 발생하지 않도록 보호 덮개를 설치하면서 덮개에 추가로 태양전지판을 설치할 수 있도록 하여 2배 이상의 태양전지 설치 면적을 제공함을 주요 특징으로 한다. 이와 함께 태양광 발전 효율에 있어서 가장 중요한 태양을 향하여 태양전지판을 기울일 수 있는 기구도 포함한다. 또한, 신재생 에너지로 분류되는 풍력 및 진동 발전기도 포함하는데, 이하 첨부 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도는 태양전지판을 설치한 보조 배터리의 이미지도이다. 일반적으로 보조배터리는 배터리와 스마트폰과 연결하기 위한 케이블로 구성되지만 태양전지판을 탑재하여 별도 충전기가 없을 때에도 보조 배터리를 충전할 수 있도록 하였다. 그러나 보조 배터리를 스마트폰과 함께 휴대하기 어려운 문제점이 있어, 스마트폰 케이스에 태양전지판을 탑재하는 제품들이 필요하게 되었다.

제 2 도는 보조 배터리의 불편함을 해소하기 위하여 태양전지판을 스마트폰 뒷면에 설치한 앞 커버가 없는 케이스 일체형 제품의 이미지이다. 그러나 스마트폰 충전 커넥터와 태양전지판을 연결하기 위하여 하단에 케이블을 설치하면서 하단이 길어진 형태로 된 문제점이 있다. 현재 스마트폰의 화면이 5인치로 확대되면서 하단이 10mm 이상 늘어나는 것은 휴대하는데 불편함이 있다. 대부분 박막 필름형 태양전지판을 적용하고 있다. 태양전지판으로 충전할 때 스마트폰을 사용할 수 없다.

제 3 도는 제 2도와 같이 하단이 늘어나는 문제점을 해결하기 위하여 태양전지판을 스마트폰 뒷면에 설치한 지갑형 케이스 일체형 제품의 이미지이다. 하단이 길어지는 문제점을 해결하기 위해 스마트폰 뒷 커버를 열고 배터리에 별도 전극을 설치한 다음 지갑형 케이스를 끼워 태양전지판과 직접 연결하도록 구성하였다. 태양전지판이 외부에 노출되어 오염 및 스크래치로 인한 발전 효율 저하 문제가 예상된다. 태양전지판은 24% 내외의 발전 효율을 가진 결정질 실리콘을 적용하고 있다. 태양전지판으로 충전할 때 스마트폰을 사용할 수 없다.

제 4 도는 태양전지판의 기울기에 따른 태양광 발전 효율 비교 그림이다. 결정질 실리콘 기반의 태양광 발전소를 건설할 때 수익성 관련하여 발전효율을 높이기 위해 태양전지판을 항시 태양을 향하도록 하는 추적장치를 부착하는 사례도 있다. 태양 고도가 높은 여름의 경우에도 태양전지판을 그 지역의 위도와 방위각에 맞추어 최적으로 설치한 경우와 평면으로 놓은 경우를 비교하면 20 퍼센트 내외 (cosθ)의 발전량 차이를 보이며, 동절기에는 그 차이가 2배 이상으로 더욱 벌어지게 된다. 그러므로 태양전지판으로 발전하는 경우에는 효율이 좋은 태양전지판을 선택하는 것 이상으로 태양전지판을 기울이게 하는 설계가 중요하다.

제 5 도는 많이 사용되는 지갑형 스마트폰 케이스의 전면과 후면 이미지도이다. 전면에는 스마트폰의 상태를 커버를 열지 않더라도 볼 수 있도록 투명창이 설치되어 있으며, 투명창의 크기도 큰 사이즈와 작은 사이즈로 구분된다. 커버의 재질은 플라스틱 혹은 인조피혁 혹은 가죽을 사용하는 등 여러 종류와 디자인 제품들이 판매되고 있다.

본 발명은 태양전지로 스마트폰을 충전하는데 있어서 스마트폰의 사용 환경을 고려하면서, 발전 효율을 높이고 최적 발전 상태를 유지하기 위한 방법으로 다음과 같은 조건을 충족할 필요가 있다. 첫째, 고정 설치하므로 발전 조건을 유지할 수 있는 태양광발전소와는 달리 스마트폰 사용자들은 양지와 음영 지역을 수시로 이동하므로 양지에서 발전 효율이 높은 결정질 실리콘 계열의 태양전지판과 음영 지역에서도 발전이 이루어지는 박막 필름형 태양전지판을 같이 사용할 필요가 있다. 둘째, 태양을 향하도록 스마트폰 태양전지판을 기울일 수 있어야 한다. 스마트폰 케이스에 설치되어 있는 태양전지판을 평면으로 놓는 경우에 비하여 계절 및 시간에 따라 발전 효율이 최소 20%에서 최고 2 배까지 차이가 발생할 수 있기 때문이다. 셋째, 태양전지판은 태양광으로 발전이 이루어지는 만큼 태양전지판 표면은 청결하게 유지하여, 태양광의 반사나 산란이 없도록 유지해야 하는 설계가 필요하다. 이중유리창과 단일유리창의 경우도 발전 효율이 10% 내외 차이가 나는 만큼 빛의 산란과 반사를 막는 것은 매우 중요하다. 즉, 스마트폰을 휴대하면서 노출된 태양전지판을 만져 오염되지 않도록, 태양전지판에 보호 덮개를 설치하고 발전할 때에만 보호 덮개를 열도록 할 필요가 있다. 넷째, 태양광 발전과 함께 스마트폰에서 활용 가능한 발전 수단으로는 풍력 발전과 보행하면서 발생하는 진자의 진동 에너지를 이용한 진동 발전이 있을 수 있다. 이를 겸용하도록 스마트폰 케이스에 탑재하하여 다양한 환경에서도 유사시에 스마트폰을 충전하도록 제공할 필요가 있다.

제 6 도는 본 발명의 태양전지판을 스마트폰 케이스 앞면의 앞 커버 안쪽에 설치한 일체형 제품의 이미지이다. 제 7 도는 본 발명의 태양전지판을 스마트폰 케이스 앞면의 앞 커버 바깥쪽에 설치한 일체형 제품의 이미지이다. 스마트폰 뒷면에는 NFC 안테나와 카메라 센서, 스피커가 설치되어 있어, 전류가 흐르는 태양전지판은 NFC 안테나 감도에 영향을 줄 우려가 있고, 강한 자외선과 열은 카메라센서를 열화시킬 우려가 있고, 스피커가 설치되어 있어 태양전지판을 설치할 수 있는 공간은 카메라센서와 스피커 사이로 제한되는 만큼 태양전지판을 케이스 뒷면의 뒷 커버에 설치하는 것은 바람직하지 않다. 제 8 도는 본 발명의 양지에서 발전 효율이 높은 태양전지판과 음영지역에서도 발전이 이루어지는 태양전지판을 동시에 사용하여 구성한 회로도이다.

이러한 필요 조건들을 만족시키기 위한 본 발명을 상세히 설명하면, 제 6도와 같이 지갑형 스마트폰 케이스에 있어서 스마트폰(3)을 고정시키는 몸체(9)를 스마트폰 케이스 뒷판(2)에 설치하는 수단; 스마트폰의 앞판(1)의 안쪽에 태양전지판(6)을 설치하는 수단; 스마트폰의 앞판(1)에 접히는 태양전지판(8) 보호 덮개(4)를 설치하는 수단; 선택적으로 보호 덮개(4)에 태양전지판(5)을 설치하는 수단; 앞판(1)에 설치된 태양전지판(6)과 보호 덮개(4)에 설치된 태양전지판(5)을 직렬 혹은 병렬로 결선하고 스마트폰의 배터리를 충전하기 위한 전압 발생 회로와 연결하는 수단; 스마트폰의 충전 커넥터(female 형)와 연결하는 태양광 발전용 커넥터 기구(male 형)로 구성한다. 태양전지판을 앞판의 바깥쪽에 설치하는 제 7도와 같이 스마트폰(11)을 고정시키는 몸체(12)를 스마트폰 케이스 뒷판(10)에 설치하는 수단; 스마트폰의 앞판(19)의 바깥쪽에 태양전지판(15)을 설치하는 수단; 스마트폰의 앞판(19)에 접히는 태양전지판(15) 보호 덮개(14)를 설치하는 수단; 선택적으로 보호 덮개(14)에 태양전지판(16)을 설치하는 수단; 앞판(19)에 설치된 태양전지판(15)과 보호 덮개(14)에 설치된 태양전지판(16)을 직렬 혹은 병렬로 결선하고 스마트폰의 배터리를 충전하기 위한 전압 변환 회로와 연결하는 수단; 스마트폰의 충전 커넥터(female 형)와 연결하는 태양광 발전용 커넥터 기구(male 형)로 구성한다. 이렇게 구성하는 경우, 앞판(1,19)에 설치된 태양전지판(6,15)은 양지에서 발전 효율이 높은 결정질 실리콘 태양전지를 설치하고, 보호 덮개(4,14)에 설치된 태양전지판(5,16)은 음영 지역에서 발전 효율이 높은 박막 필름형 태양전지를 설치하는 수단; 혹은 역으로, 앞판(1,19)에 설치된 태양전지판(6,15)은 음영 지역에서 발전 효율이 높은 박막 필름형 태양전지를 설치하고, 보호 덮개(4,14)에 설치된 태양전지판(5,16)은 양지에서 발전 효율이 높은 결정질 실리콘 태양전지를 설치하는 수단으로 구성할 수 있다. 이와 함께, 스마트폰의 앞판(1,19)에 접히는 태양전지판(6,15) 보호 덮개(4,14)를 설치하는 수단; 보호 덮개(4,14)를 닫을 때 앞판(1,19)에 밀착시키기 위한 수단으로 선택적으로 자석 혹은 자석이 붙는 재료로 앞판(1,19)에 제 1 밀착 수단(8,18)을 설치하고 보호 덮개(4,14)에 제 2 밀착 수단(7,17)을 설치하도록 구성한다.

이와 함께, 발전 효율을 높이기 위하여 태양전지판을 태양을 향하여 기울이도록 하는 기구 수단이 중요하고 필요하다. 이러한 기구 수단으로는 접힌 상태로 있는 지지대를 펼쳐서 태양전지판이 기울어지도록 하는 수단; 혹은, 외부에서 지지대를 착탈하는 수단으로 태양전지판이 기울어지도록 구성할 수가 있다. 접힌 상태로 있는 지지대를 펼치는 방법에는 뒷판에 장착되어 있는 스마트폰의 무게에 의하여 앞판이 밀리는 것을 막는 형태로 제작한 가죽형 케이스의 앞판과 뒷판을 꺽어서 세우는 방식도 포함될 수 있다. 이를 더욱 발전시켜서, 발전 효율을 올리기 위하여 태양전지판이 태양의 방향을 추적하는 수단으로, 시간 및 날짜 혹은 조도센서의 측정값 혹은 태양전지 발생량을 기준으로 최대 발전이 이루어지는 태양전지판의 기울기를 계산하는 수단; 태양전지판의 기울기를 자동 조정시키기 위한 엑츄에이터를 설치하는 수단; 태양전지판을 발전량이 가장 높은 기울기로 제어하도록 구성할 수 있다. 가장 단순한 구조로는 태양전지판(5,16)이 설치된 보호 덮개(4,14) 혹은 앞판(1,19)을 일정 각도로 고정하기 위한 기구(힌지 포함)로 구성한다.

태양광 발전은 태양전지판의 면적에 비례하여 발전량이 늘어나므로 스마트폰 케이스에서 보다 많은 면적을 확보할 필요가 있다. 이를 위해, 스마트폰의 앞판(1,19)에 접히는 태양전지판(6,15) 보호 덮개(4,14)를 설치하는 수단; 접이식으로 구성하여 완전 펼치면 접은 수의 배수에 해당하는 면적을 확보하는 보호 덮개(4,14), 보호 덮개(4,14)에 태양전지판(5,16)을 설치하는 수단으로 구성하여 앞판(1,19)에 고정된 태양전지판(6,15)의 수배에 해당하는 태양전지판을 추가로 설치하도록 구성할 수 있다.

스마트폰의 배터리를 충전하기 위해 태양광 발전 전압을 조절하는 전압 발생 회로 및 스마트폰의 충전 커넥터(female 형)와 연결하는 태양광 발전용 커넥터 기구(male형)로 구성할 때, 별도 외부 충전기를 사용할 경우 스마트폰과 연결된 태양광 발전용 충전 커넥터를 분리하지 않으면서 별도 외부 충전기(male형)를 스마트폰과 직접 연결할 수 있도록 커넥터 기구(female형)를 추가로 설치할 필요가 있다. 외부 충전기를 사용하여 직접 충전하고자 할 때마다 태양광 발전용 커넥터 기구를 분리한다는 것은 매우 불편하다.

스마트폰 케이스에 설치하여 발전을 할 수 있는 수단으로는 태양광 발전과 함께 풍력 발전과 진자(자석)의 진동을 이용한 발전이 있다. 휴대한다는 측면에서 한계가 있지만 발전모터의 경우 직경 10mm 이내로도 제작이 가능하고 프로펠러도 휴대하기 어려운 수평형 대신 수직형 방식이 있어 충분히 적용이 가능하다. 자석으로 제작하는 진자의 진동(양단에 스프링 설치)을 이용한 충전기도 수년 전 상용화되었다. 이를 태양전지판과 같이 병행해서 사용할 수 있다면 외부 환경(비오는날 태양광발전은 어렵지만 바람을 이용한 풍력발전은 가능)과 무관하게 필요할 때 충전할 수 있다. 이를 위해, 직경이 얇은 발전기와 프로펠러(수직형 프로펠러 포함)로 구성하는 풍력발전 수단을 설치한, 풍력발전기와 태양전지판을 함께 설치한 스마트폰 케이스를 제공하고자 한다. 이때, 프로펠러를 착탈식으로 구성하거나, 스마트폰 케이스 밖으로 발전기와 프로펠러를 밀어 프로펠러를 돌출시켜 회전하도록 구성할 수 있다. 이 밖에, 보행하면서 발생하는 진자의 진동을 전기에너지로 바꾸는 발전 수단을 설치한, 진동 발전과 태양전지판을 함께 설치한 스마트폰 케이스를 구성할 수 있다.

기존의 스마트폰 케이스 및 보조 배터리에 본 발명을 적용한다면, 태양전지판을 설치하여 배터리를 충전하는 수단과 함께 발전 효율을 높이기 위하여 태양전지판을 태양을 향하여 기울이도록 하는 기구 수단이 추가로 설치한, 태양전지판의 기울기 조정 기능을 갖는 스마트폰 케이스 및 보조 배터리를 구성할 수 있다. 이 경우 태양전지판을 태양을 향하여 기울이도록 하는 기구 수단으로는 접힌 상태로 있는 지지대를 펼쳐서 태양전지판이 기울어지도록 하는 수단; 혹은, 외부에서 지지대를 착탈하는 수단으로 태양전지판이 기울어지도록 구성할 수 있다. 혹은, 발전 효율을 올리기 위하여 태양전지판이 태양의 방향을 추적하는 수단으로, 시간 및 날짜 혹은 조도센서의 측정값 혹은 태양전지 발생량을 기준으로 최대 발전이 이루어지는 태양전지판의 기울기를 계산하는 수단; 태양전지판의 기울기를 자동 조정시키기 위한 엑츄에이터를 설치하는 수단; 태양전지판을 발전량이 가장 높은 기울기로 제어하도록 구성할 수 있다.

스마트폰 케이스 및 보조 배터리에 있어서, 직경이 얇은 발전기와 프로펠러(수직형 프로펠러 포함)로 구성하는 풍력발전 수단을 설치함을 특징으로 하는 풍력발전 수단을 설치한 스마트폰 케이스를 독립적으로 구성할 수도 있다. 이 경우, 프로펠러를 착탈식으로 구성하거나, 발전기와 프로펠러를 밀어 스마트폰 케이스 밖으로 프로펠러를 돌출시켜 회전하도록 구성할 수 있다.

1 : 앞판 2 : 뒷판
3 : 스마트폰 4 : 보호 덮개
5 : 태양전지판 6 : 태양전지판
7 : 제 2 밀착수단 8 : 제 1 밀착수단
9 : 몸체 10 : 뒷판
11 : 스마트폰 12 : 몸체
13 : 닫힌 보호 덮개 14 : 보호 덮개
15 : 태양전지판 16 : 태양전지판
17 : 제 2 밀착수단 18 : 제 1 밀착수단
19 : 앞판
20 : 고효율 결정질 실리콘 태양전지 21 : 전압 변환 회로
22 : 스마트폰 충전 소켓 23 : 박막 필름형 태양전지

Claims (20)

1. 지갑형 스마트폰 케이스에 있어서,
   스마트폰(3)을 고정시키는 몸체(9)를 스마트폰 케이스 뒷판(2)에 설치하는 수단;
   스마트폰의 앞판(1)의 안쪽에 태양전지판(6)을 설치하는 수단;
   스마트폰의 앞판(1)에 접히는 태양전지판(8) 보호 덮개(4)를 설치하는 수단;
   선택적으로 보호 덮개(4)에 태양전지판(5)을 설치하는 수단;
   앞판(1)에 설치된 태양전지판(6)과 선택적으로 보호 덮개(4)에 설치된 태양전지판(5)을 직렬 혹은 병렬로 결선하고 스마트폰의 배터리를 충전하기 위한 전압 변환 회로와 연결하는 수단;
   스마트폰의 충전 커넥터(female 형)와 연결하는 태양광 발전용 커넥터 기구(male 형)로 구성함을 특징으로 하는 추가로 태양전지판을 설치할 수 있는 보호 덮개를 갖는 태양전지판을 설치한 스마트폰 케이스
   
2. 지갑형 스마트폰 케이스에 있어서,
   스마트폰(11)을 고정시키는 몸체(12)를 스마트폰 케이스 뒷판(10)에 설치하는 수단;
   스마트폰의 앞판(13)의 바깥쪽에 태양전지판(15)을 설치하는 수단;
   스마트폰의 앞판(13)에 접히는 태양전지판(15) 보호 덮개(14)를 설치하는 수단;
   선택적으로, 보호 덮개(14)에 태양전지판(16)을 설치하는 수단;
   앞판(13)에 설치된 태양전지판(15)과 선택적으로 보호 덮개(14)에 설치된 태양전지판(16)을 직렬 혹은 병렬로 결선하고 스마트폰의 배터리를 충전하기 위한 전압 변환 회로와 연결하는 수단;
   스마트폰의 충전 커넥터(female 형)와 연결하는 태양광 발전용 커넥터 기구(male 형)로 구성함을 특징으로 하는 추가로 태양전지판을 설치할 수 있는 보호 덮개를 갖는 태양전지판을 설치한 스마트폰 케이스
   
3. 제 1 및 2 항에 있어서,
   앞판(1,19)에 설치된 태양전지판(6,15)은 양지에서 발전 효율이 높은 결정질 실리콘 태양전지를 설치하고
   보호 덮개(4,14)에 설치된 태양전지판(5,16)은 음영 지역에서 발전 효율이 높은 박막 필름형 태양전지를 설치하는 수단;
   혹은 역으로, 앞판(1,19)에 설치된 태양전지판(6,15)은 음영 지역에서 발전 효율이 높은 박막 필름형 태양전지를 설치하고
   보호 덮개(4,14)에 설치된 태양전지판(5,16)은 양지에서 발전 효율이 높은 결정질 실리콘 태양전지를 설치하는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 다른 발전 방식을 적용한 태양전지판들을 함께 설치한 스마트폰 케이스
   
4. 제 1 및 2 항에 있어서,
   스마트폰의 앞판(1,19)에 접히는 태양전지판(6,15) 보호 덮개(4,14)를 설치하는 수단;
   보호 덮개(4,14)를 닫을 때 앞판(1,19)에 밀착시키기 위한 수단으로
   선택적으로 자석 혹은 자석이 붙는 재료로 앞판(1,19)에 제 1 밀착 수단(8,18)을 설치하고 보호 덮개(4,14)에 제 2 밀착 수단(7,17)을 설치함을 특징으로 하는 보호 덮개를 갖는 태양전지판을 설치한 스마트폰 케이스
   
5. 제 1 및 2 항에 있어서,
   발전 효율을 높이기 위하여 태양전지판을 태양을 향하여 기울이도록 하는 기구 수단이 설치되어 있음을 특징으로 하는 태양전지판 기울기 조정 기능을 갖는 스마트폰 케이스
   
6. 제 5 항에 있어서,
   태양전지판을 태양을 향하여 기울이도록 하는 기구 수단으로는
   접힌 상태로 있는 지지대를 펼쳐서 태양전지판이 기울어지도록 하는 수단;
   혹은, 외부에서 지지대를 착탈하는 수단으로 태양전지판이 기울어지도록 구성함을 특징으로 하는 태양전지판 기울기 조정 기능을 갖는 스마트폰 케이스
   
7. 제 5 항에 있어서,
   발전 효율을 올리기 위하여 태양전지판이 태양의 방향을 추적하는 수단으로,
   시간 및 날짜 혹은 조도센서의 측정값 혹은 태양전기 발생량을 기준으로 최대 발전이 이루어지는 태양전지판의 기울기를 계산하는 수단;
   태양전지판의 기울기를 자동 조정시키기 위한 엑츄에이터를 설치하는 수단;
   태양전지판을 발전량이 가장 높은 기울기로 제어함을 특징으로 하는 태양전지판 기울기 자동 조정 기능을 갖는 스마트폰 케이스
   
8. 제 5 항에 있어서,
   태양전지판(5,16)이 설치된 보호 덮개(4,14) 혹은 앞판(1,19)을 일정 각도로 고정하기 위한 기구(힌지 포함)로 구성함을 특징으로 하는 태양전지판의 경사 각도를 변경시킬 수 있는 태양전지판을 설치한 스마트폰 케이스
   
9. 제 1 및 2 항에 있어서,
   스마트폰의 앞판(1,19)에 접히는 태양전지판(6,15) 보호 덮개(4,14)를 설치하는 수단;
   접이식으로 구성하여 완전 펼치면 접은 수의 배수에 해당하는 면적을 확보하는 보호 덮개(4,14),
   보호 덮개(4,14)에 태양전지판(5,16)을 설치하는 수단으로 구성하여
   앞판(1,19)에 고정된 태양전지판(6,15)의 수배에 해당하는 태양전지판을 추가로 설치함을 특징으로 하는 다단계로 접히는 보호 덮개를 갖는 태양전지판을 설치한 스마트폰 케이스
   
10. 제 1 및 2 항에 있어서,
    스마트폰의 배터리를 충전하기 위해
    태양광 발전 전압을 조절하는 전압 변환 회로 및 스마트폰의 충전 커넥터(female 형)와 연결하는 태양광 발전용 커넥터 기구(male형)로 구성할 때
    별도 외부 충전기를 사용할 경우 스마트폰과 연결된 태양광 발전용 충전 커넥터를 분리하지 않으면서
    별도 외부 충전기(male형)를 스마트폰과 직접 연결할 수 있도록 커넥터 기구(female형)를 추가로 설치함을 특징으로 하는 외부 충전기를 직접 연결할 수 있는 커넥터를 갖는 태양전지판을 설치한 스마트폰 케이스
    
11. 제 1 및 2 항에 있어서,
    회전 발전기와 프로펠러(수직형 프로펠러 포함)로 구성하는 풍력발전 수단을 함께 설치함을 특징으로 하는 풍력발전과 태양전지판을 함께 설치한 스마트폰 케이스
    
12. 제 11 항에 있어서,
    프로펠러를 착탈식으로 구성함을 특징으로 하는 풍력발전과 태양전지판을 함께 설치한 스마트폰 케이스
    
13. 제 11 항에 있어서,
    스마트폰 케이스 밖으로 발전기와 프로펠러를 밀어,
    프로펠러를 돌출시켜 회전하도록 구성함을 특징으로 하는 풍력발전과 태양전지판을 함께 설치한 스마트폰 케이스
    
14. 제 1 및 2 항에 있어서,
    보행하면서 발생하는 진자의 진동을 전기에너지로 바꾸는 발전 수단을 함께 설치함을 특징으로 하는 진동 발전과 태양전지판을 설치한 스마트폰 케이스
    
15. 스마트폰 케이스 및 보조 배터리에 있어서,
    태양전지판을 설치하여 배터리를 충전하는 수단과 함께
    발전 효율을 높이기 위하여 태양전지판을 태양을 향하여 기울이도록 하는 기구 수단이 설치되어 있음을 특징으로 하는 태양전지판의 기울기 조정 기능을 갖는 스마트폰 케이스 및 보조 배터리
    
16. 제 15 항에 있어서,
    태양전지판을 태양을 향하여 기울이도록 하는 기구 수단으로는
    접힌 상태로 있는 지지대를 펼쳐서 태양전지판이 기울어지도록 하는 수단;
    혹은, 외부에서 지지대를 착탈하는 수단으로 태양전지판이 기울어지도록 구성함을 특징으로 하는 설치된 태양전지판 기울기 조정 기능을 갖는 스마트폰 케이스 및 보조 배터리
    
17. 제 15 항에 있어서,
    발전 효율을 올리기 위하여 태양전지판이 태양의 방향을 추적하는 수단으로,
    시간 및 날짜 혹은 조도센서의 측정값 혹은 태양전지 발생량을 기준으로 최대 발전이 이루어지는 태양전지판의 기울기를 계산하는 수단;
    태양전지판의 기울기를 자동 조정시키기 위한 엑츄에이터를 설치하는 수단;
    태양전지판을 발전량이 가장 높은 기울기로 제어함을 특징으로 하는 태양전지판 기울기 자동 조정 기능을 갖는 스마트폰 케이스 및 보조 배터리
    
18. 스마트폰 케이스 및 보조 배터리에 있어서,
    회전 발전기와 프로펠러(수직형 프로펠러 포함)로 구성하는 풍력발전 수단을 설치함을 특징으로 하는 풍력발전 수단을 설치한 스마트폰 케이스
    
19. 제 18 항에 있어서,
    프로펠러를 착탈식으로 구성함을 특징으로 하는 풍력발전 수단을 설치한 스마트폰 케이스 및 보조 배터리
    
20. 제 18 항에 있어서,
    스마트폰 케이스 밖으로 발전기와 프로펠러를 밀어,
    프로펠러를 돌출시켜 회전하도록 구성함을 특징으로 하는 풍력 발전 수단을 설치한 스마트폰 케이스 및 보조 배터리
    

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