KR20170118000A - 정전기로 배터리를 충전하는 사용자 단말 - Google Patents

정전기로 배터리를 충전하는 사용자 단말 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따라 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말이 개시된다. 상기 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말은, 디스플레이의 전면에 위치하고 사용자의 터치 입력을 수신하는 터치 감지부, 상기 터치 감지부의 후면에 위치하며 시각 정보를 출력하는 디스플레이, 상기 터치 감지부의 전면에 위치하는 정전기 발생부 및 상기 정전기 발생부로부터 발생하는 전력으로 충전될 수 있도록 상기 정전기 발생부와 전기적으로 연결된 배터리를 포함할 수 있다.

Description

정전기로 배터리를 충전하는 사용자 단말{USER TERMINAL FOR CHARGING A BATTERY USING STATIC ELECTRICITY}
본 발명은 모바일 사용자 단말에 관한 것으로서 보다 구체적으로, 정전기로 배터리를 충전하는 사용자 단말에 관한 것이다.
최근 전자제품은 전원 코드를 꽂아 사용하는 제품보다, 배터리를 구비하여 이동하며 사용이 가능한 모바일 단말기의 비중이 높아지고 있다.
전자 기술의 발전으로 모바일 단말기는 보다 소형화, 경량화 되어가고 있는 추세이나, 배터리 기술의 발전은 상대적으로 더뎌 배터리의 소형화 및 고 용량화에 있어서는 많은 기술의 발전이 필요한 실정이다. 따라서, 사용자들은 배터리 사용 시간을 증가시키기 위하여 보조배터리 등을 휴대하여야 하는 불편함이 있다. 또한, 제조사는 무선 충전 인프라를 구축하거나, 급속 충전기술 등을 개발하여 배터리 용량의 한계를 극복하려 하고 있다.
최근의 스마트폰, 태블릿 PC등의 모바일 사용자 단말은 전면의 대부분을 디스플레이로 구성하고, 디스플레이에 터치 입력 모듈을 부가하여, 디스플레이 자체를 사용자 입력부로 활용하고 있다. 사용자는 디스플레이를 터치하여 사용자 입력을 수행하므로, 사용자 단말의 사용시 디스플레이와 마찰하게 된다.
정전기란 전하가 정지 상태에 있어 흐르지 않고 머물러 있는 전기로서, 마찰에 의하여 발생할 수 있어 마찰전기로 알려져 있다.
터치스크린을 사용자 입력부로 채용한 사용자 단말의 사용시 사용자는 디스플레이와 접촉 및 마찰하게 될 수 있다. 따라서, 마찰에 의한 정전기가 발생할 수 있다.
이러한 기술적 배경에서, 정전기를 이용하여 모바일 단말의 배터리 사용시간 제한을 극복하고자 하는 기술에 대한 수요가 당업계에 존재할 수 있다.
대한민국 등록특허 10-1401535호는 모터의 회전에 의한 마찰에 의해 발생하는 정전기로 베터리를 충전하는 장치를 개시한다.
본 발명은 전술한 배경기술에 대응하여 안출된 것으로, 정전기를 이용하여 사용자 단말의 배터리를 충전하기 위한 것이다.
본 발명은 사용자가 사용자 단말을 사용하며 수행하는 터치 동작에 의해 발생하는 정전기를 이용하여 사용자 단말의 배터리를 충전하기 위한 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따라 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말이 개시된다. 상기 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말은, 디스플레이의 전면에 위치하고 사용자의 터치 입력을 수신하는 터치 감지부, 상기 터치 감지부의 후면에 위치하며 시각 정보를 출력하는 디스플레이, 상기 터치 감지부의 전면에 위치하는 정전기 발생부 및 상기 정전기 발생부로부터 발생하는 전력으로 충전될 수 있도록 상기 정전기 발생부와 전기적으로 연결된 배터리를 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 정전기 발생부는, 상기 사용자의 터치 입력에 의해서 발생하는 정전기를 포집하고, 상기 정전기를 증폭부를 통해 증폭하여 상기 배터리를 충전할 수 있다.
대안적으로, 상기 정전기 발생부는 사용자의 터치에 의하여 정전기가 발생하도록 하는 정전기 발생 물질이 코팅된 접촉부, 상기 접촉부와 전기적으로 연결되어 상기 접촉부에서 발생한 정전기를 포집하는 포집부 및 상기 접촉부에서 발생한 정전기를 증폭하는 증폭부를 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 접촉부는 광전도성 물질, 테플론 필름, 및 전도성 고분자 물질 중 적어도 하나를 포함하여 구성되며, 상기 접촉부는 사용자가 볼 때 투명하며, 상기 디스플레이의 전면에 증착되어 형성될 수 있다.
대안적으로, 상기 접촉부는 사용자의 터치 입력에 의하여 정전기를 발생시키는 전도성 고분자 물질층, 상기 전도성 고분자 물질층과 접하여, 상기 전도성 고분자 물질층과 사이에서 정전기를 발생시키는 투명 필름층, 상기 투명 필름층과 접하여 정전기를 포집부로 전달하는 투명 전극층을 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 투명 전극층은 산화 아연(ZnO), 금속 산화물(ITO), 탄소 나노 튜브 및 나노 와이어 중 적어도 하나로 구성되고 상기 투명 필름층은 투명 폴리아미드(PI, polyamide), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET, polyethyleneterephthalate), 폴리 카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethylene naphthalate), 및 폴리에스터 술폰(PES, polyether sulfone) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 증폭부는 op-amp를 포함하여 상기 op-amp를 이용한 차동 증폭기로 구성되어, 상기 정전기의 전압을 조절할 수 있다.
대안적으로, 상기 정전기 발생부는 사용자의 터치 동작에 의하여 전류를 발생 시킬 수 있는 압전 소자를 포함하여 상기 압전 소자에 의하여 발생하는 전류로 상기 배터리를 충전할 수 있다.
대안적으로, 상기 배터리는 병렬 연결된 콘덴서 및 리튬 이온(Li-ion) 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
대안적으로, 상기 정전기 발생부는 상기 사용자가 상기 정전기 발생부에 접촉한 횟수 및 접촉 후 이동하는 면적에 기초하여 정전기를 발생시킬 수 있다.
본 발명은 정전기를 이용하여 사용자 단말의 배터리를 충전할 수 있다.
본 발명은 사용자가 사용자 단말을 사용하며 수행하는 터치 동작에 의해 발생하는 정전기를 이용하여 사용자 단말의 배터리를 충전할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말의 블록 구성도(block diagram)이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말에서 사용자의 터치 동작으로 인한 정전기 발생을 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말의 정전기 발생부를 보다 상세히 나타낸 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말의 정전기 발생부를 보다 상세히 나타낸 단면도이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 구성요소를 나타내기 위해서 사용된다. 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 구체적인 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이어그램 형태로 제공된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "컴포넌트", "모듈", "시스템" 등은 컴퓨터-관련 엔티티, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 소프트웨어 및 하드웨어의 조합, 또는 소프트웨어의 실행을 지칭한다. 예를 들어, 컴포넌트는 프로세서상에서 실행되는 처리과정, 프로세서, 객체, 실행 스레드, 프로그램, 및/또는 컴퓨터일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치에서 실행되는 애플리케이션 및 컴퓨팅 장치 모두 컴포넌트일 수 있다. 하나 이상의 컴포넌트는 프로세서 및/또는 실행 스레드 내에 상주할 수 있고, 일 컴포넌트는 하나의 컴퓨터 내에 로컬화될 수 있고, 또는 2개 이상의 컴퓨터들 사이에 분배될 수 있다. 또한, 이러한 컴포넌트들은 그 내부에 저장된 다양한 데이터 구조들을 갖는 다양한 컴퓨터 판독가능한 매체로부터 실행할 수 있다. 컴포넌트들은 예를 들어 하나 이상의 데이터 패킷들을 갖는 신호(예를 들면, 로컬 시스템, 분산 시스템에서 다른 컴포넌트와 상호작용하는 하나의 컴포넌트로부터 데이터 및/또는 신호를 통해 다른 시스템과 인터넷과 같은 네트워크를 통한 데이터)에 따라 로컬 및/또는 원격 처리들을 통해 통신할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말의 블록 구성도(block diagram)이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말(1000)은 터치 감지부(1100), 디스플레이(1200), 정전기 발생부(1300), 제어부(1400), 및 배터리(1500)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 단말(1000)은 PC(personal computer), 노트북(note book), 모바일 단말기(mobile terminal), 스마트 폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet pc)등을 포함할 수 있으며, 터치스크린을 사용자 입력부로 사용하는 모든 종류의 단말을 포함할 수 있다.
터치 감지부(1100)는 디스플레이(1200)의 전면에 위치하고 사용자의 터치 입력을 수신할 수 있다. 상기 터치 감지부(1100)는 사용자의 터치 입력을 감지할 수 있는 터치 인식 모듈을 포함할 수 있다. 상기 터치 인식 모듈은 정전식, 감압식 및 적외선 식 터치 인식 모듈을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 사용자의 터치 입력을 감지할 수 있는 임의의 터치 인식 모듈을 포함할 수 있다. 정전식 터치 인식 모듈은 사람의 몸에 흐르는 전류를 감지하여 사람의 손의 접촉에 따른 위치별 정전 용량의 변화를 측정하여 터치를 인식할 수 있다. 감압식 터치 인식 모듈은 사람의 손이나 펜 등의 접촉에 의한 압력을 감지하여 사용자의 터치를 인식할 수 있다. 적외선 터치 인식 모듈은 터치 스크린의 옆면에서 적외선이 주사되고 주사된 광선의 차단에 의해 사용자의 터치를 인식할 수 있다.
디스플레이(1200)는 터치 감지부(1100)의 후면에 위치하며 사용자 단말(1000)에서 출력되는 시각 정보를 표시할 수 있다. 상기 디스플레이(1200)는 상기 사용자 단말(1000)에서 출력되는 모든 시각정보를 표시할 수 있다. 상기 시각 정보는 예를 들어, 현재 시각 정보, 동영상, 사진, GUI(graphical user interface) 등을 포함할 수 있으나 상기 기재는 예시일 뿐 이에 제한되지 않는다. 상기 디스플레이(1200)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이들 중 일부 디스플레이는 그를 통해 외부를 볼 수 있도록 투명형 또는 광투과형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭될 수 있는데, 상기 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparant OLED) 등이 있다. 상기 디스플레이(1200)의 종류의 기재는 예시일 뿐이며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 사용자 단말(1000)의 구현 형태에 따라서 상기 디스플레이(1200)가 2개 이상 존재할 수 있다. 상기 디스플레이(1200)는 상기 사용자 단말(1000)의 전면에 2개 이상 존재할 수도 있고, 전면 및 후면에 존재할 수도 있다.
정전기 발생부(1300)는 상기 터치 감지부(1100)의 전면에 위치할 수 있다. 상기 정전기 발생부(1300)는 사용자의 터치 입력에 의해서 발생하는 정전기를 포집하고, 상기 정전기를 증폭부를 통해 증폭하여 배터리(1500)를 충전할 수 있다. 상기 정전기 발생부(1300)는 상기 사용자가 상기 정전기 발생부에 접촉한 횟수 및 접촉 후 이동하는 면적에 기초하여 정전기를 발생시킬 수 있다. 정전기는 마찰에 의해 발생하여 마찰전기라고도 불리며, 정전기 발생부(1300)는 사용자가 사용자 입력을 수행하기 위하여 터치스크린에 터치하거나 드래그(drag) 동작을 수행하거나, 각종 제스쳐 동작을 수행하면서 발생하는 사용자의 신체의 적어도 일부(예를 들어, 손가락)과 정전기 발생부(1300)의 마찰에 따라서 정전기를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자는 사용자 단말(1000)을 사용하며 웹서핑을 할 때, 스크롤을 위하여 상기 사용자 단말(1000)의 디스플레이(1200)를 아래에서 위로 드래그 할 수 있다. 이러한 경우, 정전기 발생부(1300)는 상기 사용자의 드래그에 의해 정전기를 발생시킬 수 있다. 전술한 기재는 예시일 뿐이며, 본 발명의 정전기 발생부(1300)는 상기 사용자 단말(1000)의 디스플레이(1200)에 수행되는 모든 종류의 마찰에 의해 정전기를 발생시킬 수 있다.
정전기 발생부(1300)는 사용자의 터치에 의하여 정전기가 발생하도록 하는 정전기 발생 물질이 코팅된 접촉부(1310), 상기 접촉부와 전기적으로 연결되어 상기 접촉부에서 발생한 정전기를 포집하는 포집부(1330) 및 상기 접촉부에서 발생한 정전기를 증폭하는 증폭부(1350)를 포함할 수 있다.
상기 접촉부(1310)는 광전도성 물질, 테플론 필름, 및 전도성 고분자 물질 중 적어도 하나를 포함하여 구성되며, 상기 접촉부(1310)는 사용자가 볼 때 투명하며, 상기 디스플레이의 전면에 증착되어 형성될 수 있다.
상기 접촉부(1310)는 사용자의 터치 입력에 의하여 정전기를 발생시키는 전도성 고분자 물질층(1311), 상기 전도성 고분자 물질층과 접하여, 상기 전도성 고분자 물질층과 사이에서 정전기를 발생시키는 투명 필름층(1313) 및 상기 투명 필름층과 접하여 정전기를 포집부로 전달하는 투명 전극층(1315)을 포함할 수 있다.
상기 접촉부(1310)의 상기 투명 전극층(1315)은 산화 아연(ZnO), 금속 산화물(ITO), 탄소 나노 튜브 및 나노 와이어 중 적어도 하나로 구성될 수 있으나, 상기 기재는 예시일뿐 본 발명의 투명 전극층(1315)은 빛을 투과하는 임의의 전기 전도성 소재로 구성될 수 있다.
상기 접촉부(1310)의 상기 투명 필름층(1313)은 투명 폴리아미드(PI, polyamide), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET, polyethyleneterephthalate), 폴리 카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethylene naphthalate), 및 폴리에스터 술폰(PES, polyether sulfone) 중 적어도 하나로 구성될 수 있으나, 상기 기재는 예시일 뿐 본 발명의 투명 필름층(1313)은 임의의 투명 필름 소재로 구성될 수 있다.
정전기 발생부(1300)의 포집부(1330)는 접촉부(1310)에서 발생한 정전기를 포집한다. 정전기는 높은 전압을 가지나 전류량이 낮은 정지된 전기이다. 포집부는 마찰에 의해 발생하는 정전기를 배터리 충전에 이용하기 위해서 주위로 방전되는 정전기를 최소화하여 포집한다. 포집부(1330)와 접촉부(1310)를 연결하는 배선은 전력 손실을 최소화하기 위하여 전기 전도도가 높은 은, 구리 등의 물질을 사용하여 구성될 수 있으며, 전술한 물질의 기재는 예시일 뿐이며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 배선은 가변 저항을 포함하여 전류를 조절할 수도 있다.
상기 정전기 발생부(1300)의 증폭부(1350)는 op-amp를 포함하여 상기 op-amp를 이용한 차동 증폭기로 구성되어, 상기 정전기의 전압을 조절할 수 있다. 정전기는 흐르지 않으나, 전압이 매우 높아 이를 5V정도의 충전 전압을 갖는 배터리에 직접 충전할 경우 배터리가 손상될 수 있다. 따라서, 증폭부(1350)는 사용자의 터치 동작에 의하여 발생한 정전기의 전압을 조절하여 배터리(1500)를 충전할 수 있다. 또한, 상기 정전기 발생부(1300)의 증폭부(1350)는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있으며, 인가되는 전압을 승압 또는 감압시켜 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 정전기 발생부(1300)는 사용자의 터치 동작에 의하여 전류를 발생 시킬 수 있는 압전 소자를 포함하여 상기 압전 소자에 의하여 발생하는 전류로 상기 배터리를 충전할 수 있다.
제어부(1400)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 단말(1000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 상기 제어부(1400)는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 제어부(1400)는 터치 감지부(1100)로부터 터치 신호를 전송 받아 디스플레이(1200)의 어느 영역이 터치되었는지 여부를 판단할 수 있다. 상기 제어부(1400)는 터치 감지부(1100)상에서 행해지는 사용자의 제스쳐 입력을 인식하는 패턴 인식 처리를 수행할 수 있다.
여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 제어부(1400) 자체로 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 씌여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(1400)에 의해 실행될 수 있다.
배터리(1500)는 정전기 발생부(1300)로부터 발생하는 전력으로 충전될 수 있도록 상기 정전기 발생부(1300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배터리(1500)는 병렬 연결된 콘덴서 및 리튬 이온(Li-ion) 중 적어도 하나로 구성될 수 있으며, 전술한 배터리(1500)의 구성의 기재는 예시일 뿐이며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리(1500)는 전하를 저장할 수 있는 임의의 물질 또는 구성으로 구현될 수 있다. 상기 배터리(1500)가 콘덴서로 구성되는 경우, 상기 콘덴서는 높은 유전률과 넓은 면적을 갖는 콘덴서로 구성될 수 있으며, 상기 배터리는 정전용량을 높이기 위하여 상기 콘덴서들을 병렬 연결하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 단말(1000)은 사용자의 터치 입력에 의해 발생하는 정전기로 배터리(1500)를 충전할 수 있으므로, 배터리(1500)가 일반적인 사용자 단말에 비하여 작아도 충분한 사용시간을 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 단말(1000)은 일반적인 사용자 단말에 비하여 얇은 배터리를 사용하여, 플렉시블(flexible) 디바이스 구현이 용이한 이점이 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말에서 사용자의 터치 동작으로 인한 정전기 발생을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 단말(1000)을 사용하기 위해 사용자는 상기 사용자 단말(1000)의 터치 감지부(1100)에 터치 입력을 수행할 수 있다. 상기 터치 감지부(1100)의 전면에 위치하는 정전기 발생부(1300)는 사용자의 터치 입력에 의하여 발생하는 마찰에 의해 정전기를 발생시킬 수 있다. 정전기 발생부(1300)는 정전기가 잘 일어날 수 있도록, 광전도성 물질, 테프론 필름 등을 디스플레이(1200)의 유리 기판 또는 플라스틱 기판에 코팅하여 구성될 수 있다. 또한, 정전기 발생부(1300)는 무기물 사이에 투명 전극을 증착한 유리 기판이나 플라스틱 기판을 사용하여 터치시 무기물 층에서 정전기가 발생하도록 구성될 수 있다.
사용자는 사용자 단말(1000)을 사용하기 위하여 터치 입력을 수행하고, 터치시 마찰에 의해 정전기 발생부(1300)의 접촉부(1310)에서 정전기가 발생하게 된다. 상기 접촉부(1310)는 광전도성 물질, 테플론 필름, 및 전도성 고분자 물질 중 적어도 하나를 포함하여 구성되며, 상기 접촉부(1310)는 사용자가 볼 때 투명하며, 상기 디스플레이의 전면에 증착되어 형성될 수 있다. 발생된 정전기는 포집부(1330)에 포집되고, 포집된 정전기는 증폭부(1350)에서 증폭되어 배터리(1500)에 저장될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말(1000)의 정전기 발생부(1300)를 보다 상세히 나타낸 단면도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 정전기 발생부(1300)는 접촉부(1310), 포집부(1330), 증폭부(1350)를 포함할 수 있다.
상기 접촉부(1310)는 광전도성 물질, 테플론 필름, 및 전도성 고분자 물질 중 적어도 하나를 포함하여 구성되며, 상기 접촉부(1310)는 사용자가 볼 때 투명하며, 상기 디스플레이(1200)의 전면에 증착되어 형성될 수 있다. 접촉부(1310)는 디스플레이(1200)의 유리 또는 디스플레이(1200) 전면에 부착되는 보호용 필름위에 전도성 고분자 물질, 광전도성 물질, 테플론, 실리콘 계열 물질 등을 증착하여 형성될 수 있다.
상기 정전기 발생부(1300)는 상기 사용자가 상기 정전기 발생부(1300)의 접촉부(1310)에 접촉한 횟수 및 접촉 후 이동하는 면적에 기초하여 정전기를 발생시킬 수 있다. 정전기는 마찰에 의해 발생하여 마찰전기라고도 불리며, 정전기 발생부(1300)는 사용자가 사용자 입력을 수행하기 위하여 터치스크린에 터치하거나 드래그 동작을 수행하거나, 각종 제스쳐 동작을 수행하면서 발생하는 사용자의 신체의 적어도 일부(예를 들어, 손가락)과 접촉부(1310)의 마찰에 따라서 정전기를 발생시킬 수 있다.
접촉부(1310)에서 발생된 전하는 포집부(1330)에서 포집될 수 있다. 이를 위하여 상기 접촉부(1310)와 포집부(1330)는 전기적으로 연결될 수 있다. 전력 손실을 줄이기 위하여 접촉부(1310)와 포집부(1330)를 연결하는 배선은 전기저항이 작은 소재로 구성될 수 있다.
포집부(1330)는 접촉부(1310)에서 발생한 정전기를 포집한다. 정전기는 높은 전압을 가지나 전류량이 낮은 정지된 전기이다. 포집부는 마찰에 의해 발생하는 정전기를 배터리 충전에 이용하기 위해서 주위로 방전되는 정전기를 최소화하여 정전기를 포집한다. 포집부(1330)와 접촉부(1310)를 연결하는 배선은 전력 손실을 최소화하기 위하여 전기 전도도가 높은 은, 구리 등의 물질을 사용하여 구성될 수 있으며, 전술한 물질의 기재는 예시일 뿐이며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 배선은 가변 저항을 포함하여 전류를 조절할 수도 있다.
증폭부(1350)는 op-amp를 포함하여 상기 op-amp를 이용한 차동 증폭기로 구성되어, 상기 정전기의 전압을 조절할 수 있다. 정전기는 흐르지 않으나, 전압이 매우 높아 이를 5V정도의 충전 전압을 갖는 배터리에 직접 충전할 경우 배터리가 손상될 수 있다. 따라서, 증폭부(1350)는 사용자의 터치 동작에 의하여 발생한 정전기의 전압을 조절하여 배터리(1500)를 충전할 수 있다. 또한, 상기 정전기 발생부(1300)의 증폭부(1350)는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있으며, 인가되는 전압을 승압 또는 감압시켜 출력할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말(1000)의 정전기 발생부(1300)를 보다 상세히 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 정전기 발생부(1300)는 접촉부(1310), 포집부(1330), 증폭부(1350)를 포함할 수 있다.
상기 접촉부(1310)는 사용자의 터치 입력에 의하여 정전기를 발생시키는 전도성 고분자 물질층(1311), 상기 전도성 고분자 물질층과 접하여, 상기 전도성 고분자 물질층과 사이에서 정전기를 발생시키는 투명 필름층(1313) 및 상기 투명 필름층과 접하여 정전기를 포집부로 전달하는 투명 전극층(1315)을 포함할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이 투명 필름층(1313)과 투명 전극층(1315)은 상기 고분자 물질층(1311)을 감싸도록 두개의 층으로 구성될 수 있다.
상기 접촉부(1310)의 상기 투명 필름층(1313)은 투명 폴리아미드(PI, polyamide), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET, polyethyleneterephthalate), 폴리 카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethylene naphthalate), 및 폴리에스터 술폰(PES, polyether sulfone) 중 적어도 하나로 구성될 수 있으나, 상기 기재는 예시일 뿐 본 발명의 투명 필름층(1313)은 임의의 투명 필름 소재로 구성될 수 있다.
상기 접촉부(1310)의 상기 투명 전극층(1315)은 산화 아연(ZnO), 금속 산화물(ITO), 탄소 나노 튜브 및 나노 와이어 중 적어도 하나로 구성될 수 있으나, 상기 기재는 예시일뿐 본 발명의 투명 전극층(1315)은 빛을 투과하는 임의의 전기 전도성 소재로 구성될 수 있다.
상기 투명 전극층(1315) 사이에 투명 필름층(1313) 및 고분자 물질층(1311)을 배치하여, 사용자가 디스플레이(1200) 터치시에 발생하는 고분자 물질층(1311)과 투명 필름층(1313)에서 발생하는 정전기가 발생하도록 하고, 상기 투명 전극층(1315)을 통해 포집부(1330)로 전류가 흐르게 할 수 있다.
사용자가 디스플레이(1200) 터치시에 투명 필름층(1313)과 고분자 물질층(1311)사이에서 정전기로 인해 생성된 전류가 투명 전극층(1315)을 통해 포집부(1330)로 전달되게 된다. 정전기의 생성을 높이기 위하여 고분자 물질층(1311)은 표면적이 넓게 되도록 하기 위하여 상하부가 평탄하지 않고 육면체 또는 반구 상태로 식각되어 제조될 수 있다. 상기 고분자 물질층(1311)은 표면적이 넓게 되도록 하기 위하여 표면이 등방성 또는 비등방성 식각 공법으로 제조될 수 있다.
포집부(1330)는 접촉부(1310)에서 발생한 정전기를 포집한다. 정전기는 높은 전압을 가지나 전류량이 낮은 정지된 전기이다. 포집부는 마찰에 의해 발생하는 정전기를 배터리 충전에 이용하기 위해서 주위로 방전되는 정전기를 최소화하여 포집한다. 포집부(1330)와 접촉부(1310)를 연결하는 배선은 전력 손실을 최소화하기 위하여 전기 전도도가 높은 은, 구리 등의 물질을 사용하여 구성될 수 있으며, 전술한 물질의 기재는 예시일 뿐이며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 배선은 가변 저항을 포함하여 전류를 조절할 수도 있다.
증폭부(1350)는 op-amp를 포함하여 상기 op-amp를 이용한 차동 증폭기로 구성되어, 상기 정전기의 전압을 조절할 수 있다. 정전기는 흐르지 않으나, 전압이 매우 높아 이를 5V정도의 충전 전압을 갖는 배터리에 직접 충전할 경우 배터리가 손상될 수 있다. 따라서, 증폭부(1350)는 사용자의 터치 동작에 의하여 발생한 정전기의 전압을 조절하여 배터리(1500)를 충전할 수 있다. 또한, 상기 정전기 발생부(1300)의 증폭부(1350)는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있으며, 인가되는 전압을 승압 또는 감압시켜 출력할 수 있다.
본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 정보 및 신호들이 임의의 다양한 상이한 기술들 및 기법들을 이용하여 표현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 위의 설명에서 참조될 수 있는 데이터, 지시들, 명령들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 입자들, 광학장들 또는 입자들, 또는 이들의 임의의 결합에 의해 표현될 수 있다.
본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 여기에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 프로세서들, 수단들, 회로들 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, (편의를 위해, 여기에서 "소프트웨어"로 지칭되는) 다양한 형태들의 프로그램 또는 설계 코드 또는 이들 모두의 결합에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 상호 호환성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들이 이들의 기능과 관련하여 위에서 일반적으로 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 특정한 애플리케이션 및 전체 시스템에 대하여 부과되는 설계 제약들에 따라 좌우된다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 각각의 특정한 애플리케이션에 대하여 다양한 방식들로 설명된 기능을 구현할 수 있으나, 이러한 구현 결정들은 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.
여기서 제시된 다양한 실시예들은 방법, 장치, 또는 표준 프로그래밍 및/또는 엔지니어링 기술을 사용한 제조 물품(article)으로 구현될 수 있다. 용어 "제조 물품"은 임의의 컴퓨터-판독가능 장치로부터 액세스 가능한 컴퓨터 프로그램, 캐리어, 또는 매체(media)를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터-판독가능 매체는 자기 저장 장치(예를 들면, 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 스트립, 등), 광학 디스크(예를 들면, CD, DVD, 등), 스마트 카드, 및 플래쉬 메모리 장치(예를 들면, EEPROM, 카드, 스틱, 키 드라이브, 등)를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 여기서 제시되는 다양한 저장 매체는 정보를 저장하기 위한 하나 이상의 장치 및/또는 다른 기계-판독가능한 매체를 포함한다. 용어 "기계-판독가능 매체"는 명령(들) 및/또는 데이터를 저장, 보유, 및/또는 전달할 수 있는 무선 채널 및 다양한 다른 매체를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
제시된 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조는 예시적인 접근들의 일례임을 이해하도록 한다. 설계 우선순위들에 기반하여, 본 발명의 범위 내에서 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조가 재배열될 수 있다는 것을 이해하도록 한다. 첨부된 방법 청구항들은 샘플 순서로 다양한 단계들의 엘리먼트들을 제공하지만 제시된 특정한 순서 또는 계층 구조에 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

  1. 정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말로서,
    디스플레이의 전면에 위치하고 사용자의 터치 입력을 수신하는 터치 감지부;
    상기 터치 감지부의 후면에 위치하며 시각 정보를 출력하는 디스플레이;
    상기 터치 감지부의 전면에 위치하며, 상기 사용자의 터치 입력에 의하여 발생하는 정전기를 포집하고, 상기 정전기를 증폭부를 통해 증폭하여 상기 배터리를 충전하는 정전기 발생부; 및
    상기 정전기 발생부로부터 발생하는 전력으로 충전될 수 있도록 상기 정전기 발생부와 전기적으로 연결된 배터리;
    를 포함하는,
    정전기로 배터리를 충전할 수 있는 사용자 단말.
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