KR20180031457A - 스피커 장치 및 이를 구비하는 휴대용 전자기기 - Google Patents

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KR20180031457A
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Abstract

스피커 장치 및 이를 구비하는 휴대용 전자기기가 개시된다. 본 발명에 따른 스피커 장치는 개구가 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되는 스피커 유닛; 및 상기 하우징의 일부를 형성하며 형상이 변형됨에 따라 상기 하우징의 내부 압력을 변화시켜 상기 개구를 통해 흡기 및 배기하는 변형부;를 포함한다.

Description

스피커 장치 및 이를 구비하는 휴대용 전자기기 {SPEAKER APPARATUS AND PORTABLE ELECTRONIC DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 스피커 장치 및 이를 구비하는 휴대용 전자기기에 관한 것으로, 구체적으로 냉각 구조를 가지는 스피커 장치 및 이를 구비하는 휴대용 전자기기에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자기기에 탑재되는 집적회로(Integrated Circuit:IC)나 중앙처리장치(Central Processing Unit:CPU)와 같은 어플리케이션 프로세서(Application Processor:AP)의 연산처리능력이 고속화되고 있다. 이러한 고속화와 함께 IC나 AP의 소비 전력이 증가하게 되었다. 이 경우 IC 또는 AP의 소비 전력은 대부분 열에너지로 변환되므로, IC 또는 AP의 발열량도 증가하게 되었다. 따라서 휴대용 전자기기에 대한 다양한 방열 기술이 제안되고 있다.
방열 기술 중 하나로 종래에는 열전도도가 뛰어난 금속으로 이루어진 방열핀 또는 열전도 시트를 IC 또는 AP에 접촉하여 IC 또는 AP로부터 발생하는 열을 휴대용 전자기기의 외측 케이스로 방열하는 방법을 채택하였다. 이외에도 팬을 이용하여 공기를 강제로 순환시켜 IC 또는 AP를 냉각하는 방법도 제공되었다.
그런데 방열핀 또는 시트를 사용하여 IC 또는 AP를 냉각하는 자연 대류 방식에 의존할 경우, IC 또는 AP의 발열량을 감당하기 어려워 방열 효율이 현저하게 떨어지고 이로 인해 IC 또는 AP 및 주변 회로 소자들이 열화되는 것은 물론 휴대용 전자기기가 과열되는 문제점이 있었다.
팬을 이용하여 공기를 강제 순환시켜 IC 또는 AP를 냉각 할 경우, 팬이 구동할 때 발생하는 진동과 소음으로 인해 사용자에게 불편함을 주었다. 또한, 팬을 설치하기 위해 확보되어야 하는 팬 설치 공간으로 인해 휴대용 전자기기는 부피가 증가하였고 무게 역시 증가되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소음이나 진동을 최소화하면서 공기를 강제 순환하는 스피커 장치 및 이를 구비하는 휴대용 전자기기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 팬 없이 공기를 강제 순환할 수 있는 구조를 제공함으로써 컴팩트하게 형성할 수 있는 스피커 장치 및 이를 구비하는 휴대용 전자기기를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 개구가 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되는 스피커 유닛; 및 상기 하우징의 일부를 형성하며 형상이 변형됨에 따라 상기 하우징의 내부 압력을 변화시켜 상기 개구를 통해 흡기 및 배기하는 변형부;를 포함하는 스피커 장치를 제공한다.
상기 변형부는 상기 하우징에 결합된 필름 부재; 및 상기 필름 부재의 적어도 일면에 형성된 코일 패턴;을 포함하며, 상기 필름 부재는 전류가 인가될 때 상기 코일 패턴에 자기장이 형성되어 상기 스피커 유닛에 구비된 영구자석과 상호 반응하여 변형할 수 있다.
상기 필름 부재는 수지로 이루어진 필름일 수 있다.
상기 변형부는, 상기 하우징에 결합된 필름 부재; 및 상기 필름 부재의 일면에 결합되는 압전 소자;를 포함할 수 있다.
상기 필름 부재는 수지로 이루어진 필름 또는 금속 박막일 수 있다.
상기 변형부는 폴리머 액추에이터일 수 있다.
상기 변형부는 시트 형상일 수 있다.
상기 변형부의 재질은 우레탄, 폴리카보네이트(PC) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)등의 폴리머 필름이나 부직포 등의 종이 혹은 직물 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 개구에 인접하게 배치되는 방열핀; 및 일단부가 열원에 연결되고, 타단부가 상기 방열핀에 연결된 열 전달 부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 개구를 덮는 방수커버;를 더 포함할 수 있다.
상기 방수커버는 상기 스피커 유닛에서 방출되는 사운드와 상기 하우징 내부의 공기가 통과하는 합성 섬유재로 이루어질 수 있다.
상기 하우징 내측에 배치되고 상기 변형부에 전류를 인가하는 전류 공급부;를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 본체; 및 상기 본체 내에 배치된 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 스피커 장치;를 포함하는 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 장치가 내장된 휴대용 전자기기를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스피커 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 표시된 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 나타낸 스피커 장치의 단면도이다.
도 4는 어플리케이션 프로세서와 접촉된 열 전달 부재의 방열핀이 스피커 장치 내부로 배치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 표시된 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 나타낸 스피커 장치의 단면도이다.
도 6은 도 2에 표시된 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 나타낸 스피커 장치의 단면도로서, 변형부의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스피커 장치의 단면도로서, 코일 패턴이 필름 부재의 양면에 형성된 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스피커 장치의 사시도로서, 필름 부재에 압전 소자를 부착한 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 표시된 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 나타낸 스피커 장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스피커 장치의 단면도로서, 폴리머 액추에이터를 적용한 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 스피커 장치의 단면도로서, 코일 패턴을 얇은 별도의 필름부재의 일면에 형성하여 필름 부재의 일면에 부착된 예를 나타낸 도면이다.
이하, 본 명세서의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 명세서에 기술된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 명세서에 기술된 기술의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 동일, 유사한 구성요소에 대해서는 동일, 유사한 참조 번호가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 전자기기는 스마트폰에 적용하는 것으로 설명하지만 이에 국한되지 않으며 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 웨어러블 기기, 휴대전화 등 다양한 전자기기에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 장치가 내장된 휴대용 전자기기를 후방에서 바라본 사시도이다.
도 1을 참조하면, 휴대용 전자기기(1)는 대략 직사각 형상으로 이루어질 수 있으며, 전면에 터치 입력이 가능한 디스플레이부(미도시)가 배치될 수 있다. 그리고 휴대용 전자기기(1)의 좌측 하단부 내측에 스피커 장치(10)가 배치될 수 있다. 하지만, 스피커 장치(10)의 위치는 이에 제한되지 않고, 휴대용 전자기기(1) 내측에서 후면 중앙부, 우측 하단부, 좌측 상단부 및 우측 상단부 등 다양한 위치에 배치될 수 있다. 또한, 스피커 장치(10)는 휴대용 전자기기(1) 내측에 복수로 구비될 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따라 방열 기능을 가지는 스피커 장치(10)의 구조를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 표시된 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 나타낸 스피커 장치의 단면도이이고, 도 4는 어플리케이션 프로세서와 접촉된 열 전달 부재의 방열핀이 스피커 장치 내부로 배치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 표시된 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 나타낸 스피커 장치의 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 스피커 장치(10)는 하우징(11)과, 하우징의 일부를 구성하는 변형부(100)와, 하우징의 내부에 설치되는 스피커 유닛(200)과, 열원에서 발생하는 열을 하우징(11)의 내부 공간(S)으로 전달하는 열 전달 부재(400)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 스피커 유닛(200)은 영구자석(201), 코일(미도시) 및 진동판(미도시)으로 구성된다. 스피커 유닛(200)은 구동 시 하우징(11)의 내부 공간(S)에 존재하는 공기를 진동시킨다. 이에 따라 하우징(11)의 내부 공간(S)에서는 공명 현상이 일어나고 음파가 개구(13)를 통해 도 3에 도시된 화살표와 같이 하우징(11)의 외부로 빠져나가게 된다. 따라서 스피커 유닛(200)에서 발생한 사운드는 휴대용 전자기기(1)에 형성된 복수의 구멍(미도시)을 통해 휴대용 전자기기 외부로 출력된다.
스피커 유닛(200)은 변형부(100)와 상호 작용하여 하우징(11)의 내부 공간(S)의 체적을 반복적으로 줄이고 늘림으로써 도 3에 도시된 화살표와 같이 하우징(11)의 내부 공간(S)에 존재하는 공기를 개구(13)를 통해 토출하고 하우징(11) 외부에 존재하는 공기를 개구(13)를 통해 하우징(11) 내부로 흡입함으로써 냉각 작용을 수행할 수 있다. 냉각 작용에 대해서는 후술한다.
하우징(11)은 내부에 충분한 공명 현상이 일어날 수 있는 정도의 크기를 가지는 공간이 형성된다. 하우징(11)은 플라스틱 사출 성형으로 만들어지거나, 휴대용 전자기기(1)의 외곽을 이루는 금속 케이스의 일부분으로 만들어질 수 있다.
하우징(11)의 일면에는 후술할 방열핀(300)이 삽입되는 삽입구(14)가 형성된다.
하우징(11)은 도 2와 같이 상면에 변형부(100)가 변형 가능한 상태로 배치될 수 있도록 결합 구멍(12)을 형성한다.
변형부(100)는 테두리가 하우징(11)의 결합 구멍(12)을 따라 하우징(11)에 고정된다. 이 경우 변형부(100)는 접착제 또는 나사와 같은 체결구를 통해 하우징(11)에 고정되면서 동시에 결합 구멍(12)을 폐쇄한다. 따라서 하우징(11)에서 공기의 출입이 가능한 곳은 개구(13)로 한정될 수 있다. 개구(13)를 통해 공기를 하우징(11) 내외로 출입을 유도하는 것은 방열핀(300)의 배치와 관련이 있다. 즉, 방열핀(300)을 하우징(11) 내측의 개구(13) 주변에 위치시킴으로써 방열핀(300)을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 점을 고려한 것이다.
변형부(100)는 형상이 용이하게 변형될 수 있도록 두께가 얇고 플렉서블(flexible)하게 형성되는 것이 바람직하다.
변형부(100)는 형상 변형이 용이하므로 도 3과 같이 하우징(11)의 내부 공간(S)으로 들어갔다가 나오는 것을 반복할 수 있다. 이와 같이 변형부(100)의 형상이 변형되면, 하우징(11)의 내부 공간(S)의 체적이 변화된다. 즉, 변형부(100)가 내부 공간(S)으로 들어가도록 변형되면 내부 공간(S)의 체적은 줄어들고, 이어서 변형부(100)가 내부 공간(S)으로부터 나가도록 변형되면 내부 공간(S)의 체적은 늘어나게 된다. 이와 같이 하우징(11)의 내부 공간(S)의 체적이 줄었다 늘게 되면, 하우징(11)의 내부 공간(S)과 하우징(11) 외부는 압력 차가 발생한다. 이러한 압력 차는 하우징(11)의 내부 공간(S)에 존재하는 공기를 하우징(11) 외부로 배출시키고, 하우징(11) 외부의 공기를 하우징(11)의 내부 공간(S)으로 흡입하는 작용을 유발한다.
변형부(100)는 탄력성을 가지는 필름 부재(101)와, 필름 부재(101)의 일면에 형성되는 코일 패턴(103)을 포함할 수 있다. 필름 부재(101)는 우레탄, 폴리카보네이트(PC) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머 필름이나 부직포 등의 종이 혹은 직물 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
코일 패턴(103)은 설명의 편의를 위해 도 3에서 두께를 과장하여 도시하였다. 하지만, 일반적으로 코일 패턴(103)의 두께는 육안으로 확인이 어려울 정도의 얇은 두께로 필름 부재(101)에 형성된다.
코일 패턴(103)은 도 2와 같이 감긴 형상으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 전류를 인가 받아 전자기력을 형성할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이든 무방하다.
코일 패턴(103)은 필름 부재(101)의 일 면에 직접 코팅되어 형성된다. 코일 패턴(103)은 전류 공급부(107)와 전기적으로 연결되어 있으며, 전류 공급부(107)로부터 전류가 인가된다. 코일 패턴(103)에 전류가 인가되어 코일 패턴(103) 주변에 자기장이 형성되면, 스피커 유닛(200)에 구비된 영구자석(201)의 자력과 상호 작용하여 필름 부재(101)의 형상이 전술한 바와 같이 변형된다. 여기서 전류 공급부(107)는 휴대용 전자기기(1) 내에 구비된 제어부(미도시)에 전기적으로 연결되어 있어, 제어부에 의해 코일 패턴(103)에 교류로 공급하거나 차단할 수 있다.
도 3을 참조할 때, 전류 공급부(107)는 하우징(11)의 내부 공간(S)에 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 하우징(11) 외부의 소정 위치에 배치되는 것도 물론 가능하다. 하지만 공간 활용 측면에서 하우징의 내부 공간(S)에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 전류 공급부(107)는 생략할 수도 있으며, 이 경우 코일 패턴(103)은 휴대용 전가기기(1)의 전원 공급부(미도시)로부터 전류를 공급 받아 변형부(100)를 변형시킬 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 열 전달 부재(400)는 일단부(400a)가 열원 즉, 발열이 심한 어플리케이션 프로세서(401)에 직접 접촉된다. 이 경우 어플리케이션 프로세서(401)에서 발산되는 열을 열 전달 부재(400)로 효과적으로 전도될 수 있도록 열 전달 부재(400)의 일단부(400a)와 어플리케이션 프로세서(401) 사이에 써멀 그리스(thermal grease)를 도포할 수 있다.
열 전달 부재(400)는 타단부(400b)가 하우징(11)의 삽입구(14) 주변까지 연장 형성된다. 열 전달 부재(400)의 타단부(400b)에는 방열핀(300)이 일체로 형성된다.
방열핀(300)은 삽입구(14)를 통해 하우징(11)의 내부 공간(S)에 위치한다. 방열핀(300)은 개구(13)를 출입하는 공기에 의해 냉각될 수 있도록 개구(13)에 근접하게 배치된다. 방열핀(300)은 방열 효과를 극대화하기 위해 공기와 접촉할 수 있는 면적을 넓히도록 복수로 형성될 수 있다.
열 전달 부재(400)와 방열핀(300)은 열 전도율이 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 방열핀(300)은 열 전달 부재(400)의 타 단부(400b)와 직접적으로 연결된다. 그리고 열 전달 부재(400)의 일단부(400a)는 휴대용 전자기기(1)의 열원인 어플리케이션 프로세서(401)에 직접적으로 연결되어있다.
열 전달 부재(400)는 방열핀(300)과 동일하거나 더 높은 열 전도성을 가지는 물질로 구성될 수 있다.
이하에서는 도 6을 참조하여 변형부(100)에 의해 하우징(11)의 내부 체적이 변형되는 과정과, 이 과정에서 방열핀(300)이 냉각되는 것을 자세히 설명한다.
도 6은 도 2에 표시된 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 나타낸 스피커 장치(10)의 단면도로써, 변형부(100)의 필름 부재(101)가 스피커 유닛(200)에 구비된 영구자석(201)과 반응하여 하우징(11)의 내부 공간(S)의 체적을 변형시키는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6(a)를 참조하면, 스피커 유닛(200)을 구성하고 있는 영구자석(201)은 N극 또는 S극 중에서 어느 한 극이 필름 부재(101)를 향하도록 설치할 수 있다.
제어부(미도시)는 어플리케이션 프로세서(401)의 발열이 미리 설정된 온도 이상 올라가게 되면, 전류 공급부(107)를 제어하여 코일 패턴(103)으로 전류를 공급한다. 또한, 제어부는 스피커 유닛(200)을 사용하지 않는 경우에만 코일 패턴(103)으로 전류(교류 전류)를 공급하도록 전류 공급부(107)를 제어할 수 있다.
도 6(b)를 참조할 때, 전류 공급부(107)로부터 코일 패턴(103)에 전류가 일 방향으로 인가되면 코일 패턴(103) 주변에 자기장이 형성된다. 그리고 자기장 영역 중 영구자석(201)과 대향하는 측에 형성되는 자기장 영역은 영구자석(201)과 다른 극성을 띄게 된다. 이 경우, 코일 패턴(103)과 영구자석(201)사이에는 인력이 작용하게 되고, 필름 부재(101)는 하우징(11)의 내부 공간(S)으로 들어가도록 형상이 오목하게 변형된다. 이때 하우징(11) 내부 공간(S)의 체적은 변형부(100)가 변형하기 전의 체적보다 감소된다.
하우징(11) 내부의 체적이 감소되면 하우징(11) 내부의 압력이 높아지게 되고, 하우징(11) 내부 공간(S)과 하우징(11) 외부 사이에 압력 차가 발생한다. 이에 따라 하우징(11)의 내부 공간(S)에 존재하는 공기가 개구(13)를 통해 하우징(11) 외부로 배출된다.
이 경우, 개구(13) 주변에 배치된 방열핀(300)은 하우징(11)의 내부 공간(S)에서 하우징(11) 외부로 이동하는 공기와 접촉하게 되고, 이때 방열핀(300)은 강제 통풍 냉각된다.
이이서 도 6(c)를 참조하면, 코일 패턴(103)으로 공급되는 전류의 방향이 상술한 일 방향의 역방향으로 바뀌면, 코일 패턴(103) 주변에 자기장이 형성된다. 그리고 자기장 영역 중 영구자석(201)과 대향하는 측에 형성되는 자기장 영역은 영구자석(201)과 동일한 극성을 띄게 된다. 이 경우, 코일 패턴(103)과 영구자석(201)사이에는 척력이 작용하게 되고, 필름 부재(101)는 하우징(11)의 내부 공간(S)에서 벗어나도록 형상이 볼록하게 변형된다. 이때 하우징(11) 내부 공간(S)의 체적은 변형부(100)가 변형하기 전의 체적보다 증가된다.
하우징(11) 내부의 체적이 증가되면 하우징(11) 내부의 압력이 낮아지게 되고, 하우징(11) 내부 공간(S)과 하우징(11) 외부 사이에 압력 차가 발생한다. 이에 따라 하우징(11)의 외부에 존재하는 공기가 개구(13)를 통해 하우징(11) 내부 공간(S)으로 들어오게 된다.
이 경우, 개구(13) 주변에 배치된 방열핀(300)은 하우징(11)의 외부에서 하우징(11)의 내부 공간(S)으로 이동하는 공기와 접촉하게 되고, 이때 방열핀(300)은 강제 통풍 냉각된다.
코일 패턴(103)으로 공급되는 전류가 차단되면 코일 패턴(103)은 자기장을 형성할 수 없게 되고, 코일 패턴(103)의 주변에 자기장은 사라지게 된다. 따라서, 코일 패턴(103)과 영구자석(201) 사이의 상호 작용이 사라지고, 변형부(100)의 필름 부재(101)는 더 이상 변형되지 않고 원래 형태로 돌아가게 된다.
따라서, 하우징(11)의 체적은 변형부(100)를 구성하는 필름 부재(101)에 의해 증감되며 하우징(11)의 내부와 외부 사이에 압력차를 발생시켜, 강제적으로 하우징(11)을 출입하는 공기의 흐름을 만들 수 있다. 이러한 공기의 흐름을 통해 냉각이 필요한 열원에 강제 통풍 냉각을 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이 코일 패턴(103)에는 전류 공급부(107)에 의해 전류가 공급되는데, 이때 교류 전류가 공급되며 전류 흐름 방향의 변환이 빠르게 일어난다. 따라서, 필름 부재(101)는 빠르게 펄럭이게 된다.
도 4 및 도 5을 참조하면, 어플리케이션 프로세서(401)는 회로기판(402)상에 배치된다.
그리고 어플리케이션 프로세서(401)에서 발생한 열은 열 전달 부재(400)에 의해 방열핀(300)으로 전달된다. 방열핀(300)은 전달받은 열을 대기 중으로 방열시켜 어플리케이션 프로세서(401)를 자연 냉각하게 된다.
또한, 상술한 바와 같이 변형부(100)를 이루는 필름 부재(101)에 의해 하우징(11) 체적과 압력이 변화하면서 개구(13)를 통해 출입하는 공기에 의해 방열핀(300)이 강제 통풍 냉각된다.
따라서, 방열핀(300)이 개구(13)를 통해 출입하는 공기에 의해 강제 통풍 냉각되면서 어플리케이션 프로세서(401)에서 발생한 대량의 열을 신속하게 방열할 수 있게 된다.
종래 방열핀이나 열 전도 시트를 사용하여 열원에서 발생하는 열을 휴대용 전자기기의 케이스로 전도하여 자연 냉각하는 구조에 비해 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 장치(10)는 방열 효율이 우수하다. 그리고, 별도의 팬을 구비하지 않으므로, 팬에 의한 진동과 소음이 줄어들고, 휴대용 전자기기(1) 내부에 팬의 설치를 위한 별도의 공간을 필요로 하지 않으므로, 전자기기의 소형화, 박형화 및 구조 단순화를 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 유닛(200)의 진동판은 구동 주파수가 가청영역에 속하는 300Hz ~ 20KHz로 이루어진다. 하지만 이 주파수 대역은 사용자가 들었을 때, 차이를 구별하기 매우 어려운 저주파 대역이다. 따라서, 방열핀(300)에서 방출되는 열이 진동판의 구동 주파수 또는 구동에 영향을 미치더라도 사용자가 실제로 듣는 소리에서 그 차이를 구분할 수 없으며, 방열핀(300)에서 발생되는 열에 의해 스피커 장치(10)의 음질이 영향을 받지는 않는다.
또한, 제어부(미도시)의 제어 로직에 따라 스피커 유닛(200)이 사용되지 않을 경우에만 코일 패턴(103)에 교류 전류를 인가하도록 하여 스피커 장치(10)의 음질과는 상관없이 냉각 작용이 일어나도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 장치(10)의 개구(13)는 방수 기능을 가지는 방수 커버(미도시)로 덮힐 수 있다. 이러한 커버를 통해 스피커 장치(10) 내부로 먼지나 물의 유입을 막고 스피커 장치(10) 내부의 오염을 막을 수 있다.
방수 커버는 물은 통과시키지 않지만, 공기나 수증기는 통과가 가능한 재질로 이루어진다. 특히 방수 커버 외측으로부터 물이 통과되지 못하도록 하면서 방수 커버 내측의 공기나 수증기는 외부로 발산될 수 있도록 하여 물질 투과 방향성을 가지고 있다. 따라서 바람직하게 방수 커버는 고어텍스™로 이루어 질 수 있다.
도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 스피커 장치(20)에 대하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 일 실시예와 비교하여 본 발명의 다른 실시예가 차이점을 가지는 구성은 변형부(100)이므로 이에 대하여만 설명하도록 한다. 본 발명의 다른 실시예의 나머지 구성은 일 실시예와 동일하므로, 동일한 구성에 대하여는 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스피커 장치의 단면도로서, 코일 패턴이 필름 부재의 양면에 형성된 예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조할 때, 변형부(100)는 필름 부재(101)로 이루어진다.
그리고 필름 부재(101)의 양면으로 코일 패턴들(102, 103)이 형성될 수 있다. 코일 패턴들(102, 103)은 도 2와 같이 감긴 형상이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전류를 인가 받아 전자기력을 형성할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이든 무방하다.
필름 부재(101)의 일면에 코일 패턴들(102, 103)이 직접 코팅되어 형성될 수 있지만 도 11에 도시된 바와 같이 코일 패턴들(102, 103)을 별도의 얇은 필름 부재(105)의 일면에 형성한 후, 이 별도의 필름 부재(105)를 필름 부재(101)의 일면에 부착하는 것도 가능하다. 필름 부재(101)의 양면에 별도의 필름 부재(105)를 부착하는 것도 가능하다. 특히 필름 부재(101)의 양면에 복수의 코일 패턴들(102, 103)이 형성될 때에는 코일 패턴들(102, 103)간의 절연을 유지하면서, 서로 인력과 척력이 작용하도록 하기 위해, 코일 패턴들(102, 103)을 별도의 얇은 필름 부재(105)의 일면에 형성한 후, 필름 부재(101)의 양면에 부착하는 것이 바람직하다.
필름 부재(101)의 양면에 형성된 복수의 코일 패턴들(102, 103)은 모두 전류 공급부(107)와 전기적으로 연결되며, 교류 전류를 공급받는다.
제어부(미도시)는 제1 코일 패턴(103)과 제2 코일 패턴(102)에 흐르는 전류의 방향이 변화하도록 전류 공급부(107)를 제어한다. 따라서, 제어부의 제어에 따라서 제1 코일 패턴(103)과 제2 코일 패턴(102)은 서로 다른 극성의 자기장을 형성할 수도 있고, 동일한 극성을 가지는 자기장을 형성할 수도 있다.
제1 코일 패턴(103)은 제2 코일 패턴(102)보다 작은 크기를 가지고, 제2 코일 패턴의(102) 중앙부분에 놓이도록 형성된다.
제1 코일 패턴(103)과 제2 코일 패턴(102)이 서로 다른 극성의 자기장을 형성할 경우, 제1 코일 패턴(103)과 제2 코일 패턴(102)사이에서 인력이 작용하며, 제2 코일 패턴(102)보다 작은 크기를 가지는 제1 코일 패턴(103)은 제2 코일 패턴(102)에 의해 전체적으로 당겨지면서 필름 부재(101)가 하우징(11) 내부를 향하여 휘어지도록 변형된다.
이때 하우징(11) 내부 공간(S)의 체적은 변형부(11)가 변형하기 전의 체적보다 감소된다. 하우징(11) 내부의 체적이 감소하면, 하우징(11) 내부의 압력이 높아지게 되고 하우징(11) 내부 공간(S)과 외부 사이에 압력차가 발생한다.
이에 따라 하우징(11)의 내부 공간(S)에 존재하는 공기가 개구(13)를 통해 하우징(11) 외부로 배출된다. 이 경우, 개구(13) 주변에 배치된 방열핀(300)은 하우징(11)의 내부 공간(S)에서 하우징(11) 외부로 이동하는 공기와 접촉하게 되고, 이때 방열핀(300)은 강제 통풍 냉각된다.
제1 코일 패턴(103)과 제2 코일 패턴(102)이 서로 동일한 극성의 자기장을 형성할 경우, 제1 코일 패턴(103)과 제2 코일 패턴(102)사이에서 척력이 작용하며, 제2 코일 패턴(102)보다 작은 크기를 가지는 제1 코일 패턴(103)은 제2 코일 패턴(102)에 의해 전체적으로 밀려나면서 필름 부재(101)가 하우징(11) 내부를 벗어나도록 볼록하게 변형된다.
이때 하우징(11) 내부 공간(S)의 체적은 변형부(11)가 변형하기 전의 체적보다 증가된다. 하우징(11) 내부의 체적이 증가하면, 하우징(11) 내부의 압력이 낮아지게 되고 하우징(11) 내부 공간(S)과 외부 사이에 압력차가 발생한다.
이에 따라 하우징(11)의 외부에 존재하는 공기가 개구(13)를 통해 하우징(11)의 내부 공간(S)으로 유입된다. 이 경우, 개구(13) 주변에 배치된 방열핀(300)은 하우징(11)의 외부에서 내부 공간(S)으로 이동하는 공기와 접촉하게 되고, 이때 방열핀(300)은 강제 통풍 냉각된다.
제1 코일 패턴(103)과 제2 코일 패턴(102)에 전류를 차단하면, 자기장이 형성되지 않게 되고, 필름 부재(101)는 탄성에 의해 원래 형태로 회복되면서 하우징(11)내부의 체적을 원래대로 복귀시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스피커 장치(20)는 제1 코일 패턴(103)과 제2 코일(102)을 반응하도록 하여 필름 부재(101)가 변형되도록 한다. 따라서, 스피커 유닛(200)의 영구자석(201)은 제1 및 제2 코일(103, 102)과 반응하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 스피커 유닛(200)은 변형부(100)와 서로 이격되도록 배치할 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 코일 패턴(103) 및 제2 코일 패턴(102)에는 전류 공급부(107)에 의해 전류가 공급되는데, 이때 교류 전류가 공급되며 전류 흐름 방향의 변환이 빠르게 일어난다. 따라서, 필름 부재(101)는 빠르게 펄럭이게 된다.
도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스피커 장치(30)에 대하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 일 실시예와 비교하여 본 발명의 또 다른 실시예가 차이점을 가지는 구성은 변형부(100)이므로 이에 대하여만 설명하도록 한다. 본 발명의 또 다른 실시예의 나머지 구성은 일 실시예와 동일하므로, 동일한 구성에 대하여는 설명을 생략한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스피커 장치(30)에 대한 사시도로서, 필름 부재에 압전 소자를 부착한 예를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8에 표시된 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 나타낸 스피커 장치(30)의 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조할 때, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스피커 장치(30)의 변형부(100)는 탄력성을 가지는 필름 부재(101)와, 필름 부재(101)의 일면에 결합되는 압전 소자(110)를 포함할 수 있다.
압전 소자(110)는 압전성 세라믹(Piezoelectric ceramics:PZT)으로 이루어질 수 있다.
그리고 필름 부재(101)는 우레탄, 폴리카보네이트(PC) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)등의 폴리머 필름이나 부직포 등의 종이 혹은 직물 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 필름 부재(101)는 금속 박막으로 이루어질 수 있다. 이 경우 금속 박막은 탄성을 가지며, 스테인리스 스틸(Steel Use Stainless:SUS) 또는 알루미늄 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다.
금속 박막은 하우징(11)의 다른 부분의 두께보다 얇은 두께로 형성될 수 있다.
필름 부재(101)는 도 8에 도시된 바와 같이, 일정 크기 이상의 필름 형태로 형성될 경우, 스피커 유닛(200)의 진동판 역할을 할 수 있다.
압전 소자(110)는 제어부(111)와 전기적으로 연결되어 있으며, 제어부(111)는 압전 소자(110)에 흐르는 전류를 제어한다. 압전소자(110)는 제어부(111)의 전기신호에 따라 동작한다. 제어부(111)에서 압전 소자(110) 상에 일정한 방향으로 전극이 형성되도록 하고 전류를 인가하면 압전 소자(110)가 변형된다. 이에 따라, 압전 소자(110)가 포함된 필름 부재(101)는 변형되어 하우징(11) 내부의 체적을 변형시키고, 하우징(11) 내, 외부의 압력차를 유발한다.
이러한 압력차에 의해 개구(13)를 통해 하우징(11)의 내, 외부로 공기가 이동한다. 방열핀(300)은 개구(13)를 통하여 이동하는 공기에 의하여 강제 통풍 냉각된다.
도 9를 참조할 때, 제어부(111)는 하우징(11)의 내부 공간(S)에 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 하우징(11) 외부의 소정 위치에 배치되는 것도 물론 가능하다. 하지만 공간 활용 측면에서 하우징의 내부 공간(S)에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 제어부(111)는 생략할 수도 있으며, 이 경우 압전 소자(110)는 휴대용 전가기기(1)의 회로기판(402)에 설치된 제어부(미도시)로부터 전류를 공급 받아 변형부(100)를 변형시킬 수 있다.
도 10을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스피커 장치(40)에 대하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 일 실시예와 비교하여 본 발명의 또 다른 실시예가 차이점을 가지는 구성은 변형부(100)이므로 이에 대하여만 설명하도록 한다. 본 발명의 또 다른 실시예의 나머지 구성은 일 실시예와 동일하므로, 동일한 구성에 대하여는 설명을 생략한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스피커 장치(40)의 변형부(100)는 폴리머 액추에이터(Polymer Actuator, 120)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 폴리머 액추에이터(120)는 탄성을 가질 수 있도록 시트 형태로 형성될 수 있다.
폴리머 액추에이터(120)는 도 9에 도시된 바와 같이, 일정 크기 이상의 시트 형태로 형성될 경우, 스피커 유닛(200)의 진동판 역할을 할 수 있다.
도 9를 참조할 때, 폴리머 액추에이터(120)는 제어부(112)와 전기적으로 연결된다.
제어부(112)는 폴리머 액추에이터(120)에 전기신호를 보내 폴리머 액추에이터(120)가 변형하도록 한다.
폴리머 액추에이터(120)는 일반적으로 전기 감응성 고분자 액추에이터(Electro-Active Polymer Actuator: EAP)의 카테고리 중 하나인 이온성 고분자 액추에이터(Ionic Polymer Actuator)로 이루어진다. 이온성 고분자 액추에이터가 중량이 적고 유연성이 뛰어나며 비용면에서도 유리하기 때문이다.
이온성 고분자 액추에이터가 전기장에 반응하여 수축과 이완을 할 수 있는 이유는 이온성 고분자 내부에 포함된 양이온과 음이온이 주어진 전기장 하에서 각각 음극과 양극으로 이동하기 때문이다. 이온들이 각각 반대 전하를 가지는 전극으로 이동함으로써 부피가 큰 이온이 몰리는 전극은 부피 팽창을, 부피가 작은 이온이 몰리는 전극은 부피 수축을 일으키게 되어 결과적으로 이온성 폴리머 액추에이터의 휘어짐을 이끌어내게 된다. 따라서, 제어부(112)는 폴리머 액추에이터(120)에 전기장을 형성하는 전기신호를 보내서 폴리머 액추에이터(120)를 변형한다.
도 10을 참조할 때, 제어부(112)는 하우징(11)의 내부 공간(S)에 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 하우징(11) 외부의 소정 위치에 배치되는 것도 물론 가능하다. 하지만 공간 활용 측면에서 하우징의 내부 공간(S)에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 제어부(112)는 생략할 수도 있으며, 이 경우 폴리머 액추에이터(120)은 휴대용 전가기기(1)의 회로기판(402)에 설치된 제어부(미도시)로부터 전류를 공급 받아 변형부(100)를 변형시킬 수 있다.
이와 같은 폴리머 액추에이터(120)의 휘어짐에 의해 스피커 장치(40)의 하우징(11) 내부의 체적이 변하고, 하우징(11) 내, 외부의 압력차가 유발된다. 그리고 이러한 압력차에 의해 개구(13)를 통해 하우징(11)의 내, 외부로 공기가 이동한다. 방열핀(300)은 개구(13)를 통해 이동하는 공기에 의하여 강제 통풍 냉각된다.
도 11을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스피커 장치(50)에 대하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 일 실시예와 비교하여 본 발명의 또 다른 실시예가 차이점을 가지는 구성은 변형부(100)이므로 이에 대하여만 설명하도록 한다. 본 발명의 또 다른 실시예의 나머지 구성은 일 실시예와 동일하므로, 동일한 구성에 대하여는 설명을 생략한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스피커 장치(50)의 변형부(100)는 필름 부재(101)외에 코일 패턴(103)이 형성된 별도의 얇은 필름 부재(105)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스피커 장치의 단면도로서, 코일 패턴(103)을 얇은 별도의 필름 부재(105)의 일면에 형성하여 필름 부재(101)의 일면에 부착된 예를 나타낸 도면이다.
필름 부재(101)가 코일 패턴(103)이 직접 코팅 형성되기 어려운 물성을 가지는 경우에는 도 11과 같이 코일 패턴(103)을 별도의 얇은 필름 부재(105)의 일면에 형성한 후, 별도의 필름 부재(105)를 필름 부재(101)의 일면에 부착하는 것이 가능하다. 이 경우 별도의 필름 부재(105)는 전술한 필름 부재(101)과 같이 탄력성을 가지는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 설명된 실시예들을 조합하거나, 하기의 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 휴대용 전자기기 10: 스피커 장치
12: 결합 구멍 13: 개구
100: 변형부 101: 필름 부재
103: 코일 패턴 110: 압전소자
120: 폴리머 액추에이터 200: 스피커 유닛
201: 영구자석 300: 방열핀
400: 열 전달 부재 401: 어플리케이션 프로세서

Claims (13)

  1. 개구가 형성된 하우징;
    상기 하우징 내부에 설치되는 스피커 유닛; 및
    상기 하우징의 일부를 형성하며 형상이 변형됨에 따라 상기 하우징의 내부 압력을 변화시켜 상기 개구를 통해 흡기 및 배기하는 변형부;를 포함하는, 스피커 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변형부는,
    상기 하우징에 결합된 필름 부재; 및
    상기 필름 부재의 적어도 일면에 형성된 코일 패턴;을 포함하며,
    상기 필름 부재는 전류가 인가될 때 상기 코일 패턴에 자기장이 형성되어 상기 스피커 유닛에 구비된 영구자석과 상호 반응하여 변형하는, 스피커 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 필름 부재는 수지로 이루어진 필름인, 스피커 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변형부는,
    상기 하우징에 결합된 필름 부재; 및
    상기 필름 부재의 일면에 결합되는 압전 소자;를 포함하는, 스피커 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 필름 부재는 수지로 이루어진 필름 또는 금속 박막인, 스피커 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 변형부는 폴리머 액추에이터인, 스피커 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변형부는 시트 형상인, 스피커 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 변형부의 재질은 우레탄, 폴리카보네이트(PC) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머 필름이나 부직포 등의 종이 혹은 직물 중 어느 하나로 이루어진 스피커 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 개구에 인접하게 배치되는 방열핀; 및
    일단부가 열원에 연결되고 타단부가 상기 방열핀에 연결된 열 전달 부재;를 더 포함하는, 스피커 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 개구를 덮는 방수커버;를 더 포함하는 스피커 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방수커버는 상기 스피커 유닛에서 방출되는 사운드와 상기 하우징 내부의 공기가 통과하는 합성 섬유재로 이루어진 스피커 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하우징 내측에 배치되고 상기 변형부에 전류를 인가하는 전류 공급부;를 더 포함하는, 스피커 장치.
  13. 본체; 및
    상기 본체 내에 배치된 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 스피커 장치;를 포함하는 전자기기.
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