KR20230087169A - 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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박혜란
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Abstract

본 명세서의 실시예에 따른 에너지 하베스터는, 길이 방향으로 통공된 내부 공간이 마련된 하우징, 하우징의 내부 공간의 중심부에 배치된 제1 자석부, 내부 공간 내에서, 제1 자석부로부터 이격 배치되고, 제1 자석부와 자기 반발력을 갖는 제1 면을 포함하는 제2 자석부, 및 제2 자석부의 제2 면 상에 배치되고, 변형에 의해 전기 에너지를 생성하는 발전 소자부를 포함할 수 있다.

Description

에너지 하베스터 및 이를 포함하는 표시장치{ENERGY HARVESTER AND DISPLAY APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
에너지 하베스팅(energy harvesting)이란 주변의 사용되지 못하고 버려지는 에너지들을 수집하여 전기 에너지로 변환하는 기술이다. 에너지 하베스팅은 최근 저탄소 녹색성장의 시대 조류와 맞물려 온실 효과로 대표되는 환경 문제를 해결할 수 있고, 고유가 시대에 대처할 수 있는 대표적인 청정에너지 시스템 중 하나로서 주목받고 있다.
에너지 하베스팅 기술은 압전 효과(piezoelectric effect), 광전 효과(photovoltaic effect), 및 열전 효과(thermoelectric effect) 등 다양한 원리에 의해 구현될 수 있다. 이 중에서도 압전 특성을 가진 소자를 이용한 기술에 대한 연구가 가장 활발히 진행되고 있다.
압전 효과를 이용한 소자는 외부적인 힘 또는 진동이 압전 재료에 가해지면 기계적 응력 또는 변형으로 전하가 발생하는 것을 이용하는 것으로, 외부 힘 또는 진동에 의해 자가발전할 수 있는 에너지 하베스터를 구현할 수 있게 된다.
본 명세서는 자기장을 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있고, 영구 자석 간의 자기 반발력을 이용하여 외부 진동에 의한 전기 에너지의 생산 효율을 향상시킬 수 있는 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
위에서 언급된 본 명세서의 과제 외에도, 본 명세서의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 명세서의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터는, 길이 방향으로 통공된 내부 공간이 마련된 하우징, 하우징의 내부 공간의 중심부에 배치된 제1 자석부, 내부 공간 내에서, 제1 자석부로부터 이격 배치되고, 제1 자석부와 자기 반발력을 갖는 제1 면을 포함하는 제2 자석부, 및 제2 자석부의 제2 면 상에 배치되고, 변형에 의해 전기 에너지를 생성하는 발전 소자부를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따른 표시장치는, 표시 패널, 표시 패널에 배치되고, 표시 패널을 진동시키는 적어도 하나의 진동 모듈을 갖는 진동 발생 장치, 표시 패널의 진동 영역 상에 배치되는 에너지 하베스터, 및 에너지 하베스터에 의해 생성된 전기 에너지를 인가받는 에너지 소자를 포함할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 표시장치는 자기장을 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있고, 영구 자석 간의 자기 반발력을 이용하여 외부 진동에 의한 전기 에너지의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
위에서 언급된 본 명세서의 효과 외에도, 본 명세서의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 도 1의 a 부분의 확대 단면으로, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터를 나타내는 도면들이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터의 발전 소자부를 나타내는 사시도들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5의 선 I-I'의 단면으로, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터와 진동 발생 장치를 나타내는 도면들이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터와 진동 발생 장치를 나타내는 평면도들이다.
도 8은 도 7d의 선 II-II'의 단면도이다.
도 9는 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 인쇄 회로 기판의 블록도이다.
도 10은 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터에 연결된 구동 회로를 나타내는 도면이다.
본 명세서의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 다양한 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 명세서는 이하에서 개시되는 다양한 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 명세서의 다양한 예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하며, 본 명세서의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 명세서의 기술적 사상의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서의 예는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서의 다양한 예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 명세서의 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서의 예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제 1, 제 2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성요소는 본 명세서의 기술적 사상 내에서 제 2 구성요소일 수도 있다.
"제1 수평 축 방향", "제2 수평 축 방향" 및 "수직 축 방향"은 서로 간의 관계가 수직으로 이루어진 기하학적인 관계만으로 해석되어서는 아니 되며, 본 명세서의 구성이 기능적으로 작용할 수 있는 범위 내에서보다 넓은 방향성을 가지는 것을 의미할 수 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.
본 명세서의 여러 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하에서는 본 명세서의 다양한 예에 따른 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 표시 장치의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 그리고, 첨부된 도면에 도시된 구성요소들의 스케일은 설명의 편의를 위해 실제와 다른 스케일을 가지므로, 도면에 도시된 스케일에 한정되지 않는다.
도 1은 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터(100)는, 하우징(110), 제1 자석부(200), 제2 자석부(210, 220), 및 발전 소자부(301, 302)를 포함할 수 있다.
하우징(110)은 길이 방향으로 통공된 내부 공간(101)이 마련되고, 내부 공간(101)을 감싸는 몸체부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하우징(110)의 몸체부는 길이 방향으로 통공된 내부 공간(101)을 둘러싸는 몸통부와, 통공된 내부 공간(101)을 사이에 두고 일측과 타측을 각각 폐쇄하는 일측 커버부 및 타측 커버부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 몸통부는 통형상일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 하우징(110)은 ABS (acrylonitrile butadiene styrene) 플라스틱 재질 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 하우징(110)은 외형의 전체 형상이 직육면체의 형태이거나, 원통형의 형태를 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 자석부(200)는 하우징(110)의 내부 공간(101)의 중심부(C)에 배치될 수 있다. 제1 자석부(200)는 강자성을 가진 영구 자석일 수 있다. 예를 들어, 제1 자석부(200)는 네오디뮴-철-붕소합금(NdFeB) 성분으로 이루어진 영구 자석일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 자석부(200)는 하우징(110)의 내부 공간(101) 내에서 길이 방향을 따라 움직일 수 있다. 제1 자석부(200)는 내부 공간(101) 내에서 외부 진동에 따라 내부 공간(101)의 길이 방향으로 진동할 수 있다. 제1 자석부(200)는 내부 공간(101)의 길이 방향의 일측으로 S극이 형성되고, 길이 방향의 타측으로 N극이 형성될 수 있다. 또는, 제1 자석부(200)는 내부 공간(101)의 길이 방향의 일측으로 N극이 형성되고, 길이 방향의 타측으로 S극이 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 자석부(200)는 중심 자석부일 수 있으며, 용어에 한정되는 것은 아니다.
제1 자석부(200)는 하우징(110)의 내부 공간(101)의 형상에 대응될 수 있다. 예를 들면, 제1 자석부(200)는 하우징(110)의 내부 공간(101)의 일측 방향으로 S극 또는 N극이 형성되고, 내부 공간(101)의 타측 방향으로 N극 또는 S극이 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 자석부(200)는 판형의 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하우징(110)의 내부 공간(101)이 폭 방향으로 원형의 형태를 가질 경우, 제1 자석부(200)는 원형 플레이트 형상으로 형성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 하우징(110)의 내부 공간(101)이 폭 방향으로 사각형의 형태를 가질 경우, 제1 자석부(200)는 사각형 플레이트 형상으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 자석부(210, 220)는 하우징(110)의 내부 공간(101) 내에서, 제1 자석부(200)로부터 이격 배치될 수 있다. 제2 자석부(210, 220)는 강자성을 가진 영구 자석일 수 있다. 예를 들어, 제2 자석부(210, 220)는 네오디뮴-철-붕소합금(NdFeB) 성분으로 이루어진 영구 자석일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 자석부(210, 220)는 제1 자석부(200)와 자기 반발력을 가질 수 있게 배치될 수 있다. 제2 자석부(210, 220)와 제1 자석부(200)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2 자석부(210, 220)와 제1 자석부(200)는 서로 간의 자기 반발력에 의해 서로 간의 거리(또는 이격 거리)가 유지될 수 있다. 제2 자석부(210, 220)는 제1 자석부(200)가 내부 공간(101) 내에서 외부 진동에 따라 진동되면, 제1 자석부(200)와의 자기 반발력에 의해 제1 자석부(200)의 진동을 전달받을 수 있다. 예를 들면, 제2 자석부(210, 220)는 외부 자석부일 수 있으며, 용어에 한정되는 것은 아니다.
제2 자석부(210, 220)는 내부 공간(101)의 길이 방향의 일측으로 S극이 형성되고, 길이 방향의 타측으로 N극이 형성될 수 있다. 또는, 제2 자석부(210, 220)는 내부 공간(101)의 길이 방향으로 일측으로 N극이 형성되고, 길이 방향의 타측으로 S극이 형성될 수 있다.
제2 자석부(210, 220)는 제1 자석부(200)와 마주하는 제1 면의 극성이 제1 자석부(200)과의 자기 반발력을 갖도록, 제1 자석부(200)의 극성과 동일한 극성으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 자석부(210, 220)는 마주하는 제1 자석부(200)의 극성이 N극이면, 대응하는 제1 면의 극성이 N극으로 형성되고, 마주하는 제1 자석부(200)의 극성이 S극이면, 대응하는 제1 면의 극성이 S극으로 형성될 수 있다.
제2 자석부(210, 220)는 하우징(110)의 내부 공간(101)의 형상에 대응될 수 있다. 예를 들면, 제2 자석부(210, 220)는 하우징(110)의 내부 공간(101)의 일측 방향으로 S극 또는 N극이 형성되고, 내부 공간(101)의 타측 방향으로 N극 또는 S극이 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 자석부(210, 220)는 판형의 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 자석부(210, 220)는 제1 자석부(200)와 동일한 형상을 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
하우징(110)의 내부 공간(101)은 중심부(C)에 제1 자석부(200)가 배치되고 제1 자석부(200)로부터 이격 배치된 제2 자석부(210, 220)의 제1 면이 위치하는 제1 영역(102)과, 제2 자석부(210, 220)가 배치되는 제2 영역(103)을 포함할 수 있다. 내부 공간(101)의 제2 영역(103)은 제1 영역(102)으로부터 멀어질수록 내부 공간이 넓어지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 내부 공간(101)의 제1 영역(102)의 내면(105) 사이의 거리는 동일하고, 내부 공간(101)의 제2 영역(103)은 제1 영역(102)으로부터 멀어질수록 내부 공간이 넓어지는 경사면(106)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 영역(102)은 중심 영역일 수 있으며, 용어에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제2 영역(103)은 외부 영역일 수 있으며, 용어에 한정되는 것은 아니다.
제1 자석부(200)는 하우징(110)의 내부 공간(101)에서 제1 영역(102)에 배치되고, 제1 영역(102)의 내면(105) 사이의 거리보다 작은 폭을 가지는 형태를 가질 수 있다. 제1 자석부(200)는 하우징(110)의 내부 공간(101)에서 제2 자석부(210, 220)와의 자기 반발력에 의해 제1 영역(102) 내에 위치될 수 있다. 제1 자석부(200)는 하우징(110)의 내부 공간(101) 내에서 제2 자석부(210, 220)들의 사이에 위치되고, 양측에 각각 배치된 제2 자석부(210, 220)와의 자기 반발력에 의해 일정한 이격 거리를 갖는 자기 부상 상태를 유지할 수 있다. 예를 들면, 제1 자석부(200)는 제2 자석부(210, 220)와 이격되어 배치될 수 있다.
제2 자석부(210, 220)는 하우징(110)의 내부 공간(101)에서 제2 영역(103)에 배치되고, 제1 자석부(200)와 동일한 형태를 가질 수 있다. 제2 자석부(210, 220)는 하우징(110)의 내부 공간(101)에서 제1 영역(102)에 제1 면이 위치하고, 측면과 제2 면이 제2 영역(103)에 위치될 수 있다. 예들 들어, 제2 자석부(210, 220)의 제1 면은 하우징(110)의 제1 영역(102)과 제2 영역(103)의 경계면에 위치하고, 제2 자석부(210, 220)의 측면과 제2 면이 제2 영역(103) 내에 위치될 수 있다.
제1 자석부(200)는 제2 자석부(210, 220)와의 자기 반발력에 의해 내부 공간(101)의 제1 영역(102) 내에 위치하게 되고, 외부 진동이 발생될 경우, 외부 진동에 따라 제1 영역(102) 내에서 자유 이동되어 진동하게 된다. 제2 자석부(210, 220)는 제1 자석부(200)가 진동될 때, 제1 자석부(200)와의 자기 반발력에 의해 제1 자석부(200)의 진동을 전달받고, 제1 영역(102)으로부터 멀어질수록 내부 공간이 넓어지는 경사면(106)을 가진 제2 영역(103)에 위치하고 있으므로, 불규칙한 진동이 전달되더라도 제2 영역(103)의 경사면(106)과 마찰되지 않아 진동에 의한 힘을 발전 소자부(301, 302)로 효과적으로 전달할 수 있다.
발전 소자부(301, 302)는 변형에 의해 전기 에너지를 생성할 수 있는 에너지 하베스팅 소자일 수 있다. 발전 소자부(301, 302)는 제2 자석부(210, 220)의 제2 면 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301, 302)는 제2 자석부(210, 220)의 제2 면, 예를 들면, 제2 자석부(210, 220)가 제1 자석부(200)와 마주하는 제1 면과 반대되는 제2 면에 배치되고, 하우징(110) 내부의 일측 또는 타측에 결합 또는 연결될 수 있다. 발전 소자부(301, 302)는 제2 자석부(210, 220)에 의해 가해지는 힘에 의해 변형될 수 있다. 발전 소자부(301, 302)는 제1 자석부(200)가 하우징(110)의 내부 공간(101) 내에서 외부 진동에 따라 진동되고, 제1 자석부(200)의 진동이 자기 반발력에 의해 제2 자석부(210, 220)로 전달되면, 제2 자석부(210, 220)로 전달된 진동으로 가해지는 힘에 의해 변형될 수 있다. 발전 소자부(301, 302)는 제2 자석부(210, 220)보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 이에 의해, 제2 자석부(210, 220)에 의해 가해지는 힘이 발전 소자부(301, 302)에 보다 집중되어 전달될 수 있게 함으로써, 발전 소자부(301, 302)의 변형을 보다 크게 할 수 있는 이점을 가질 수 있다.
발전 소자부(301, 302)는 하우징(110)의 일측(111)에 배치된 제1 발전 소자부(301)와, 하우징(110)의 타측(112)에 배치된 제2 발전 소자부(302)를 포함할 수 있다. 제1 발전 소자부(301)와 제2 발전 소자부(302)의 사이에는 제1 자석부(200)가 배치될 수 있다. 제1 발전 소자부(301)와 제1 자석부(200) 사이에는 제2-1 자석부(210)가 배치되고, 제2 발전 소자부(302)와 제1 자석부(200) 사이에는 제2-2 자석부(220)가 배치될 수 있다.
제1 및 제2 발전 소자부(301, 302)는 하우징(110)의 내부에 수용되고, 하우징(110)의 내부에서 제1 및 제2 발전 소자부(301, 302) 사이에는 하우징(110)의 내부 공간(101)이 형성될 수 있다. 하우징(110)의 내부 공간(101)의 중심부(C)에는 제1 자석부(200)가 배치될 수 있다. 하우징(110)의 내부 공간(101)에서 제1 발전 소자부(301)와 제1 자석부(200) 사이에는 제2-1 자석부(210)가 배치될 수 있다. 하우징(110)의 내부 공간(101)에서 제2 발전 소자부(302)와 제1 자석부(200) 사이에는 제2-2 자석부(220)가 배치될 수 있다.
제1 발전 소자부(301)의 제1 면(303)은 제2-1 자석부(210)의 제2 면(212) 상에 결합 또는 연결되고, 제1 발전 소자부(301)의 제2 면(304)은 하우징(110)의 일측(111) 내에 결합 또는 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 발전 소자부(301)의 제1 면(303)과 제2-1 자석부(210)의 제2 면(212) 사이에는 접착 부재가 배치될 수 있다. 접착 부재를 매개로 제1 발전 소자부(301)의 제1 면(303)과 제2-1 자석부(210)의 제2 면(212)이 서로 접착되어 결합(또는 연결)될 수 있다. 제1 발전 소자부(301)는 하우징(110)의 내부에 끼워지는 것에 의해 고정되고, 제1 발전 소자부(301)의 제2 면(304)에 하우징(110)의 일측(111)이 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 형태로 결합 또는 연결되어 고정될 수 있다. 다른 실시예를 들면, 제1 발전 소자부(301)는 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 커버 형태를 갖는 하우징(110)의 일측(111)에 고정되고, 하우징(110)의 일측(111)과 제1 발전 소자부(301)가 하우징(110) 내부에 끼워지는 것에 의해 결합 또는 연결되어 고정될 수 있다.
제2 발전 소자부(302)의 제1 면(306)은 제2-2 자석부(220)의 제2 면(222) 상에 결합 또는 연결되고, 제2 발전 소자부(302)의 제2 면(306)은 하우징(110)의 타측(112) 내에 결합 또는 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 발전 소자부(302)의 제1 면(306)과 제2-2 자석부(220)의 제2 면(222) 사이에는 접착 부재가 배치될 수 있다. 접착 부재를 매개로 제2 발전 소자부(302)의 제1 면(306)과 제2-2 자석부(220)의 제2 면(222)이 서로 접착되어 결합 또는 연결될 수 있다. 제2 발전 소자부(302)는 하우징(110)의 내부에 끼워지는 것에 의해 고정되고, 제2 발전 소자부(303)의 제2 면(306)에 하우징(110)의 타측(112)이 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 형태로 결합(또는 연결)되어 고정될 수 있다. 본 명세서의 다른 실시예를 들면, 제2 발전 소자부(303)는 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 커버 형태를 갖는 하우징(110)의 타측(112)에 고정되고, 하우징(110)의 타측(112)과 제2 발전 소자부(302)가 하우징(110) 내부에 끼워지는 것에 의해 결합(또는 연결)되어 고정될 수 있다.
제1 발전 소자부(301)와 제2 발전 소자부(302)는 동일한 구조의 에너지 하베스팅 소자로 구성될 수 있다. 또는, 제1 발전 소자부(301)와 제2 발전 소자부(302)는 서로 다른 구조의 에너지 하베스팅 소자로 구성될 수 있다. 에너지 하베스팅 소자는 변형에 의해 전기 에너지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 에너지 하베스팅 소자는 압전 효과(piezoelectric effect)를 갖는 물질인 압전 물질을 포함할 수 있다. 압전 효과는 압전 물질에 압력에 의한 변형이 가해지는 경우 전압이 발생하고, 전압이 가해지는 경우 변형이 발생하는 현상일 수 있다. 예를 들면, 에너지 하베스팅 소자는 압전 물질을 포함하는 적어도 하나의 압전 부재를 포함하고, 압전 부재의 변형에 의하여 전기 에너지를 생성할 수 있다. 또는, 에너지 하베스팅 소자는 자왜 현상(magnetostriction phenomena)이 발생하는 물질인 자왜 물질을 포함할 수 있다. 자왜 현상은 강자성체가 자기장에 의하여 자기화되었을 때 자성체의 모양이 변하는 현상일 수 있다. 예를 들면, 에너지 하베스팅 소자는 적어도 하나의 압전 부재와 자기장에 의하여 수평 또는 수직 방향으로 인장 또는 수축되는 자왜 물질을 포함하는 적어도 하나의 자왜 부재를 포함하고, 자기장에 의한 자왜 부재의 변형에 의해 압전 부재가 변형되게 되고, 압전 부재의 변형에 의하여 전기적 에너지를 생성할 수 있다. 또한, 에너지 하베스팅 소자는 적어도 하나의 자왜 물질을 포함하므로, 압전 부재의 잘 깨지기 쉬운 세라믹의 취약성을 보완할 수 있다. 에너지 하베스팅 소자를 채용하는 발전 소자부(301, 302)에 대한 보다 자세한 설명은 이하의 도 2a 내지 도 3e를 참조하여 후술한다.
도 2a 내지 도 2e는 도 1의 "a" 부분의 확대 단면으로, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터를 나타내는 도면들이고, 도 3a 내지 도 3e는 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터의 발전 소자부를 나타내는 사시도들이다. 도 2a 내지 도 2e에는 설명의 편의를 위해, 하우징(110)의 일측(111)에 배치된 제1 발전 소자부(301a, 301b, 301c, 301d, 301e)만을 도시하고 있으나, 하우징(110)의 타측(112)에 배치된 제2 발전 소자부(302)도 위치와 방향만이 상이할 뿐, 실질적으로 동일한 구성이므로, 제2 발전 소자부(302)에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 2a 내지 도 3e를 참조하여 설명하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터(100)는 변형에 의해 전기 에너지를 생성하는 발전 소자부(또는 제1 발전 소자부)(301a, 301b, 301c, 301d, 301e)를 포함할 수 있다. 발전 소자부(301a, 301b, 301c, 301d, 301e)는 적어도 하나의 압전 부재를 포함하거나, 적어도 하나의 압전 부재와 적어도 하나의 자왜 부재를 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 3a를 참조하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터(100)는 발전 소자부(301a)를 포함할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 발전 소자부(301a)는 하우징(110)의 일측(111) 내에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301a)는 제2 자석부(또는 제2-1 자석부)(210)의 제2 면 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301a)는 제2 자석부(210)의 제2 면(212), 예를 들면, 제2 자석부(210)가 제1 자석부(예: 도 1의 제1 자석부(200))와 마주하는 제1 면(211)과 반대되는 제2 면(212) 상에 배치되고, 하우징(110) 내부의 일측(111)에 결합 또는 연결될 수 있다. 발전 소자부(301a)는 제2 자석부(210)에 의해 가해지는 힘에 의해 변형될 수 있다. 발전 소자부(301a)는 제1 자석부(200)가 하우징(110)의 내부 공간(101) 내에서 외부 진동에 따라 진동되고, 제1 자석부(200)의 진동이 자기 반발력에 의해 제2 자석부(210)로 전달되면, 제2 자석부(210)로 전달된 진동으로 가해지는 힘에 의해 변형될 수 있다. 발전 소자부(301a)의 면적은 제2 자석부(210)의 면적보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 이에 의해, 제2 자석부(210)에 의해 가해지는 힘이 발전 소자부(301a)에 보다 집중되어 전달될 수 있게 함으로써, 발전 소자부(301a)의 변형을 보다 크게 할 수 있는 이점을 가질 수 있다.
발전 소자부(301a)는 압전 효과(piezoelectric effect)를 갖는 물질인 압전 물질을 포함하는 압전 부재일 수 있다. 발전 소자부(또는 압전 부재)(301a)는 제1 전극층(331), 제1 전극층(331) 상에 배치된 압전 물질층(321), 및 압전 물질층(321) 상에 배치된 제2 전극층(341)을 포함할 수 있다.
발전 소자부(301a)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 전극층(331), 압전 물질층(321), 및 제2 전극층(341)이 순차적으로 적층될 수 있다. 예를 들면, 발전 소자부(301a)는 원형 플레이트 형상일 수 있다. 본 명세서에서 발전 소자부(301a)의 형상이 반드시 이에 한정되는 것은 아다. 예를 들면, 발전 소자부(301a)는 사각형의 형태이거나, 링 형태 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있다.
발전 소자부(301a)의 제1 전극층(331)은 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301a)의 제1 전극층(331)과 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 사이에는 제1 접착층(또는 접착 부재)(410)이 배치될 수 있다. 제1 전극층(331)은 제1 접착층(410)을 매개로 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 상에 접착되어 결합(또는 연결)될 수 있다. 제1 접착층(410)은 접착제 또는 양면 테이프를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 접착층(410)은 에폭시(epoxy), 아크릴(acryl), 실리콘(silicone), 또는 우레탄(urethane) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 접착층(410)은 경화제, 점착 부여제, 왁스 성분, 또는 산화 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
제1 전극층(331)은 압전 물질층(321)의 양극 또는 음극 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극층(331)은 양극일 수 있다. 예를 들면, 제1 전극층(331)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 전극층(331)은 압전 물질층(321) 상에 전극 물질의 페이스트를 도포하여 형성될 수 있다.
발전 소자부(301a)의 압전 물질층(321)은 제1 전극층(331) 상에 배치될 수 있다. 또한, 발전 소자부(301a)의 압전 물질층(321)은 제2 전극층(341) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 압전 물질층(321)은 제1 전극층(331)과 제2 전극층(341) 사이에 배치될 수 있다. 압전 물질층(321)은 PZT(lead zirconate titanate), PMN-PT(lead magnesium niobate-lead titanate), PZN-PT(lead zirconate niobite-lead titanate), MFC(microfiber composites), BaTi03, 및 NKN(Na-K-Nb)계열 등 세라믹 재료와, PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 등의 고분자 재료 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 압전 물질층(321)은 MFC를 포함할 경우, MFC가 세라믹을 섬유화하여 유연하고 플렉서블한 특성을 가질 수 있으므로, 잘 깨지기 쉬운 세라믹의 취약성을 보완할 수 있으며, 전기 에너지의 생성 출력을 향상시킬 수 있다.
발전 소자부(301a)의 제2 전극층(341)은 압전 물질층(321) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301a)의 제2 전극층(341)은 하우징(110)의 일측(111) 내에 결합 또는 연결될 수 있다. 제2 전극층(341)은 하우징(110)의 일측(111)이 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 형태로 결합 또는 연결되어 고정될 수 있다. 또는, 제2 전극층(341)은 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 커버 형태를 갖는 하우징(110)의 일측(111)에 부착되어 고정될 수 있다.
제2 전극층(341)은 압전 물질층(321)의 양극 또는 음극 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극층(341)은 음극일 수 있다. 예를 들면, 제2 전극층(341)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 전극층(341)은 제1 전극층(331)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다. 제2 전극층(341)은 압전 물질층(321) 상에 전극 물질의 페이스트를 도포하여 형성될 수 있다.
도 2b 및 도 3b를 참조하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터(100)는 발전 소자부(301b)를 포함할 수 있다. 도 2b의 에너지 하베스터(100)는 도 2a의 에너지 하베스터(100)와 비교하여 발전 소자부(301b)의 구성이 상이한 것을 제외하면 실질적으로 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.
본 명세서의 실시예에 따른 발전 소자부(301b)는 압전 부재와, 자왜 현상(magnetostriction phenomena)이 발생하는 물질인 자왜 물질을 포함하는 자왜 부재가 결합된 구조일 수 있다. 발전 소자부(301b)는 자왜 부재가 압전 부재와 하우징(110)의 일측(111) 사이에 배치되는 구조로 적층될 수 있다. 발전 소자부(301b)는 제1 전극층(331), 제1 전극층(331) 상에 배치된 압전 물질층(321), 압전 물질층(321) 상에 배치된 제2 전극층(341), 제2 전극층(341) 상에 배치된 제2 접착층(420), 및 제2 접착층(420) 상에 배치된 자왜 물질층(또는 자왜 부재)(350)을 포함할 수 있다.
발전 소자부(301b)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 전극층(331), 압전 물질층(321), 제2 전극층(341), 제2 접착층(420), 및 자왜 물질층(350)이 순차적으로 적층될 수 있다. 예를 들면, 발전 소자부(301b)는 원형 플레이트 형상일 수 있다. 본 명세서에서 발전 소자부(301b)의 형상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 발전 소자부(301b)는 사각형의 형태이거나, 링 형태 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있다.
발전 소자부(301b)의 제1 전극층(331)은 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301b)의 제1 전극층(331)과 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 사이에는 제1 접착층(또는 접착 부재)(410)가 배치될 수 있다. 제1 전극층(331)은 제1 접착층(410)을 매개로 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 상에 접착되어 결합 또는 연결될 수 있다. 제1 접착층(410)은 접착제 또는 양면 테이프를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 접착층(410)은 에폭시(epoxy), 아크릴(acryl), 실리콘(silicone), 또는 우레탄(urethane) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 접착층(410)은 경화제, 점착 부여제, 왁스 성분, 또는 산화 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
제1 전극층(331)은 압전 물질층(321)의 양극 또는 음극 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극층(331)은 양극일 수 있다. 예를 들면, 제1 전극층(331)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 전극층(331)은 압전 물질층(321) 상에 전극 물질의 페이스트를 도포하여 형성될 수 있다.
발전 소자부(301b)의 압전 물질층(321)은 제1 전극층(331) 상에 배치될 수 있다. 또한, 발전 소자부(301b)의 압전 물질층(321)은 제2 전극층(341) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 압전 물질층(321)은 제1 전극층(331)과 제2 전극층(341) 사이에 배치될 수 있다. 압전 물질층(321)은 PZT(lead zirconate titanate), PMN-PT(lead magnesium niobate-lead titanate), PZN-PT(lead zirconate niobite-lead titanate), MFC(microfiber composites), BaTi03, 및 NKN(Na-K-Nb)계열 등 세라믹 재료와, PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 등의 고분자 재료 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 압전 물질층(321)은 MFC를 포함할 경우, MFC가 세라믹을 섬유화하여 유연하고 플렉서블한 특성을 가지므로, 잘 깨지기 쉬운 세라믹의 취약성을 보완할 수 있으며, 전기 에너지의 생성 출력을 향상시킬 수 있다.
발전 소자부(301b)의 제2 전극층(341)은 압전 물질층(321) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극층(341)은 압전 물질층(321)의 양극 또는 음극 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극층(341)은 음극일 수 있다. 예를 들면, 제2 전극층(341)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 전극층(341)은 제1 전극층(331)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다. 제2 전극층(341)은 압전 물질층(321) 상에 전극 물질의 페이스트를 도포하여 형성될 수 있다.
발전 소자부(301b)의 자왜 물질층(350)은 제2 전극층(341) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301b)의 제2 전극층(341)과 자왜 물질층(350) 사이에는 제2 접착층(420)이 배치될 수 있다. 자왜 물질층(350)은 제2 접착층(420)을 매개로 제2 전극층(341) 상에 접착되어 결합 또는 연결될 수 있다. 제2 접착층(420)은 접착제 또는 양면 테이프를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 접착층(420)은 에폭시(epoxy), 아크릴(acryl), 실리콘(silicone), 또는 우레탄(urethane) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제2 접착층(420)은 경화제, 점착 부여제, 왁스 성분, 또는 산화 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제2 접착층(420)은 에폭시를 포함할 경우, 저렴한 가격으로 인하여 제조 비용 절감이 가능하고, 고온 공정을 필요로 하지 않으며, 원자 확산 및 화학 반응이 최소화될 수 있고, 자왜 물질층(350)과 제2 전극층(341) 사이의 열팽창 불일치에 의한 변형 불일치를 완화시킬 수 있다. 제2 접착층(420)은 제1 접착층(410)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다.
자왜 물질층(350)의 제1 면은 제2 접착층(420)을 매개로 제2 전극층(341) 상에 접착되어 결합 또는 연결되고, 자왜 물질층(350)의 제2 면은 하우징(110)의 일측(111) 내에 결합 또는 연결될 수 있다. 자왜 물질층(350)은 하우징(110)의 일측(111)이 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 형태로 결합 또는 연결되어 고정될 수 있다. 또는, 자왜 물질층(350)은 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 커버 형태를 갖는 하우징(110)의 일측(111)에 부착되어 고정될 수 있다. 자왜 물질층(350)은 압전 물질층(321)과 하우징(110)의 일측(111) 사이에 배치되어 압전 물질층(321)의 잘 깨지기 쉬운 세라믹의 취약성을 보완하는 완충 부재의 역할을 할 수 있다.
자왜 물질층(350)은 강자성 금속, 페라이트계 세라믹스, 자왜 합금, 및 자성 형상기억 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 강자성 금속은 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 페라이트계 세라믹스는 일반식 MFe2O4 또는 MFe12O19(M은 1종 이상의 2가의 금속 이온)으로 나타내는 스피넬(spinel)형 또는 마그네토플럼바이트(magnetoplumbite)형 페라이트 또는 M'3Fe5O12(M'은 3가의 금속 이온)으로 나타내는 페라이트나, Li0.5Fe2.5O4로 나타내는 리튬페라이트 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 자왜 합금은 테르븀(Tb)-디스프로슘(Dy)-철 합금(Terfenol), 갈륨(Ga)-철 합금(Gafenol), 사마륨(Sm)-디스프로슘-철 합금(Samfenol), 및 붕소(B)-규소(Si)-철 합금(Metglas) 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 자성 형상기억 합금으로는 Ni2MnGa 합금, NiMnIn 합금, NiCoMnIn 합금, FePd 합금, FeNiGa 합금, 및 CoNiGa 합금 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 하지만, 본 명세서에서 자왜 물질층(350)의 물질이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2c 및 도 3c를 참조하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터(100)는 발전 소자부(301c)를 포함할 수 있다. 도 2c의 에너지 하베스터(100)는 도 2a 또는 도 2b의 에너지 하베스터(100)와 비교하여 발전 소자부(301c)의 구성이 상이한 것을 제외하면 실질적으로 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.
본 명세서의 실시예에 따른 발전 소자부(301c)는 압전 부재 및 자왜 부재가 결합된 구조일 수 있다. 발전 소자부(301c)는 자왜 부재가 제2 자석부(210)와 압전 부재 사이에 배치되는 구조로 적층될 수 있다. 발전 소자부(301c)는 자왜 물질층(또는 자왜 부재)(350), 자왜 물질층(350) 상에 배치된 제2 접착층(420), 제2 접착층(420) 상에 배치된 제1 전극층(331), 제1 전극층(331) 상에 배치된 압전 물질층(321), 및 압전 물질층(321) 상에 배치된 제2 전극층(341)을 포함할 수 있다.
발전 소자부(301c)는 도 3c에 도시된 바와 같이, 자왜 물질층(350), 제2 접착층(420), 제1 전극층(331), 압전 물질층(321), 및 제2 전극층(341)이 순차적으로 적층될 수 있다. 예를 들면, 발전 소자부(301c)는 원형 플레이트 형상일 수 있다. 본 명세서에서 발전 소자부(301c)의 형상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 발전 소자부(301c)는 사각형의 형태이거나, 링 형태 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있다.
발전 소자부(301c)의 자왜 물질층(350)은 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301c)의 자왜 물질층(350)과 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 사이에는 제1 접착층(또는 접착 부재)(410)가 배치될 수 있다. 자왜 물질층(350)은 제1 접착층(410)을 매개로 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 상에 접착되어 결합(또는 연결)될 수 있다. 제1 접착층(410)은 접착제 또는 양면 테이프를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 접착층(410)은 에폭시(epoxy), 아크릴(acryl), 실리콘(silicone), 또는 우레탄(urethane) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 접착층(410)은 경화제, 점착 부여제, 왁스 성분, 또는 산화 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 자왜 물질층(350)은 압전 물질층(321)과 제2 자석부(210) 사이에 배치되어 압전 물질층(321)의 잘 깨지기 쉬운 세라믹의 취약성을 보완하는 완충 부재의 역할을 할 수 있다.
발전 소자부(301c)의 제1 전극층(331)은 자왜 물질층(350) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301c)의 자왜 물질층(350)과 제1 전극층(331) 사이에는 제2 접착층(420)이 배치될 수 있다. 제1 전극층(331)은 제2 접착층(420)을 매개로 자왜 물질층(350) 상에 접착되어 결합 또는 연결될 수 있다. 제2 접착층(420)은 접착제 또는 양면 테이프를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 접착층(420)은 에폭시(epoxy), 아크릴(acryl), 실리콘(silicone), 또는 우레탄(urethane) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제2 접착층(420)은 경화제, 점착 부여제, 왁스 성분, 또는 산화 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제2 접착층(420)은 에폭시를 포함할 경우, 저렴한 가격으로 인하여 제조 비용 절감이 가능하고, 고온 공정을 필요로 하지 않으며, 원자 확산 및 화학 반응이 최소화될 수 있고, 자왜 물질층(350)과 제1 전극층(331) 사이의 열팽창 불일치에 의한 변형 불일치를 완화시킬 수 있다. 제2 접착층(420)은 제1 접착층(410)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다.
제1 전극층(331)은 압전 물질층(321)의 양극 또는 음극 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극층(331)은 양극일 수 있다. 예를 들면, 제1 전극층(331)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 전극층(331)은 압전 물질층(321) 상에 전극 물질의 페이스트를 도포하여 형성될 수 있다.
발전 소자부(301c)의 압전 물질층(321)은 제1 전극층(331) 상에 배치될 수 있다. 또한, 발전 소자부(301c)의 압전 물질층(321)은 제2 전극층(341) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 압전 물질층(321)은 제1 전극층(331)과 제2 전극층(341) 사이에 배치될 수 있다. 압전 물질층(321)은 PZT(lead zirconate titanate), PMN-PT(lead magnesium niobate-lead titanate), PZN-PT(lead zirconate niobite-lead titanate), MFC(microfiber composites), BaTi03, 및 NKN(Na-K-Nb)계열 등 세라믹 재료와, PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 등의 고분자 재료 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 압전 물질층(321)은 MFC를 포함할 경우, MFC가 세라믹을 섬유화하여 유연하고 플렉서블한 특성을 가지므로, 잘 깨지기 쉬운 세라믹의 취약성을 보완할 수 있으며, 전기 에너지의 생성 출력을 향상시킬 수 있다.
발전 소자부(301c)의 제2 전극층(341)은 압전 물질층(321) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301c)의 제2 전극층(341)은 하우징(110)의 일측(111) 내에 결합 또는 연결될 수 있다. 제2 전극층(341)은 하우징(110)의 일측(111)이 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 형태로 결합 또는 연결되어 고정될 수 있다. 또는, 제2 전극층(341)은 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 커버 형태를 갖는 하우징(110)의 일측(111)에 부착되어 고정될 수 있다.
제2 전극층(341)은 압전 물질층(321)의 양극 또는 음극 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극층(341)은 음극일 수 있다. 예를 들면, 제2 전극층(341)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 전극층(341)은 제1 전극층(331)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다. 제2 전극층(341)은 압전 물질층(321) 상에 전극 물질의 페이스트를 도포하여 형성될 수 있다.
도 2d 및 도 3d를 참조하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터(100)는 발전 소자부(301d)를 포함할 수 있다. 도 2d의 에너지 하베스터(100)는 도 2a 내지 도 2c의 에너지 하베스터(100)와 비교하여 발전 소자부(301d)의 구성이 상이한 것을 제외하면 실질적으로 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.
본 명세서의 실시예에 따른 발전 소자부(301d)는 압전 부재와 적어도 하나의 자왜 부재가 결합된 구조일 수 있다. 발전 소자부(301d)는 적어도 하나의 자왜 부재가 압전 부재를 사이에 두고 양측에 각각 배치되는 구조로 적층될 수 있다. 발전 소자부(301d)는 제1 자왜 물질층(또는 적어도 하나의 자왜 부재)(350), 제1 자왜 물질층(350) 상에 배치된 제2 접착층(420), 제2 접착층(420) 상에 배치된 제1 전극층(331), 제1 전극층(331) 상에 배치된 압전 물질층(321), 압전 물질층(321) 상에 배치된 제2 전극층(341), 제2 전극층(341) 상에 배치된 제3 접착층(430), 및 제3 접착층(430) 상에 배치된 제2 자왜 물질층(또는 적어도 하나의 자왜 부재)(360)을 포함할 수 있다.
발전 소자부(301d)는 도 3d에 도시된 바와 같이, 제1 자왜 물질층(350), 제2 접착층(420), 제1 전극층(331), 압전 물질층(321), 제2 전극층(341), 제3 접착층(430), 및 제2 자왜 물질층(360)이 순차적으로 적층될 수 있다. 예를 들면, 발전 소자부(301d)는 원형 플레이트 형상일 수 있다. 본 명세서에서 발전 소자부(301d)의 형상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 발전 소자부(301d)는 사각형의 형태이거나, 링 형태 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있다. 발전 소자부(301d)의 제1 자왜 물질층(350)은 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301d)의 제1 자왜 물질층(350)과 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 사이에는 제1 접착층(또는 접착 부재)(410)가 배치될 수 있다. 제1 자왜 물질층(350)은 제1 접착층(410)을 매개로 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 상에 접착되어 결합(또는 연결)될 수 있다. 제1 접착층(410)은 접착제 또는 양면 테이프를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 접착층(410)은 에폭시(epoxy), 아크릴(acryl), 실리콘(silicone), 또는 우레탄(urethane) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 접착층(410)은 경화제, 점착 부여제, 왁스 성분, 또는 산화 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
발전 소자부(301d)의 제1 전극층(331)은 제1 자왜 물질층(350) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301d)의 제1 자왜 물질층(350)과 제1 전극층(331) 사이에는 제2 접착층(420)이 배치될 수 있다. 제1 전극층(331)은 제2 접착층(420)을 매개로 제1 자왜 물질층(350) 상에 접착되어 결합 또는 연결될 수 있다. 제2 접착층(420)은 접착제 또는 양면 테이프를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 접착층(420)은 에폭시(epoxy), 아크릴(acryl), 실리콘(silicone), 또는 우레탄(urethane) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면. 제2 접착층(420)은 경화제, 점착 부여제, 왁스 성분, 또는 산화 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제2 접착층(420)은 에폭시를 포함할 경우, 저렴한 가격으로 인하여 제조 비용 절감이 가능하고, 고온 공정을 필요로 하지 않으며, 원자 확산 및 화학 반응이 최소화될 수 있고, 제1 자왜 물질층(350)과 제1 전극층(331) 사이의 열팽창 불일치에 의한 변형 불일치를 완화시킬 수 있다. 제2 접착층(420)은 제1 접착층(410)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다.
제1 전극층(331)은 압전 물질층(321)의 양극 또는 음극 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극층(331)은 양극일 수 있다. 예를 들면, 제1 전극층(331)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 전극층(331)은 압전 물질층(321) 상에 전극 물질의 페이스트를 도포하여 형성될 수 있다.
발전 소자부(301d)의 압전 물질층(321)은 제1 전극층(331) 상에 배치될 수 있다. 또한, 발전 소자부(301d)의 압전 물질층(321)은 제2 전극층(341) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 압전 물질층(321)은 제1 전극층(331)과 제2 전극층(341) 사이에 배치될 수 있다. 압전 물질층(321)은 PZT(lead zirconate titanate), PMN-PT (lead magnesium niobate-lead titanate), PZN-PT(lead zirconate niobite-lead titanate), MFC (microfiber composites), BaTi03, 및 NKN(Na-K-Nb) 계열 등 세라믹 재료와, PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 등의 고분자 재료 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 압전 물질층(321)은 MFC를 포함할 경우, MFC가 세라믹을 섬유화하여 유연하고 플렉서블한 특성을 가지므로, 잘 깨지기 쉬운 세라믹의 취약성을 보완할 수 있으며, 전기 에너지의 생성 출력을 향상시킬 수 있다.
발전 소자부(301d)의 제2 전극층(341)은 압전 물질층(321) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극층(341)은 압전 물질층(321)의 양극 또는 음극 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극층(341)은 음극일 수 있다. 예를 들면, 제2 전극층(341)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 전극층(341)은 제1 전극층(331)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다. 제2 전극층(341)은 압전 물질층(321) 상에 전극 물질의 페이스트를 도포하여 형성될 수 있다.
발전 소자부(301d)의 제2 자왜 물질층(360)은 제2 전극층(341) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301d)의 제2 전극층(341)과 제2 자왜 물질층(360) 사이에는 제3 접착층(430)이 배치될 수 있다. 제2 자왜 물질층(360)은 제3 접착층(430)을 매개로 제2 전극층(341) 상에 접착되어 결합 또는 연결될 수 있다. 제3 접착층(430)은 접착제 또는 양면 테이프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 접착층(430)은 제1 접착층(410) 및 제2 접착층(420)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함하거나, 제2 접착층(420)과는 동일한 물질이고, 제1 접착층(410)과는 상이한 물질을 포함할 수도 있다. 또한, 제2 전극층(341)은 제1 전극층(331)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다.
제2 자왜 물질층(360)의 제1 면은 제3 접착층(430)을 매개로 제2 전극층(341) 상에 접착되어 결합(또는 연결)되고, 제2 자왜 물질층(360)의 제2 면은 하우징(110)의 일측(111) 내에 결합(또는 연결)될 수 있다. 제2 자왜 물질층(350)은 하우징(110)의 일측(111)이 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 형태로 결합(또는 연결)되어 고정될 수 있다. 본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 제2 자왜 물질층(360)은 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 커버 형태를 갖는 하우징(110)의 일측(111)에 부착되어 고정될 수 있다. 제2 자왜 물질층(360)은 제1 자왜 물질층(350)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다. 제1 및 제2 자왜 물질층(350, 360)은 압전 물질층(321)을 사이에 두고 양측에 각각 배치되어 압전 물질층(321)의 잘 깨지기 쉬운 세라믹의 취약성을 보완하는 완충 부재의 역할을 할 수 있다.
도 2e 및 도 3e를 참조하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터(100)는 발전 소자부(301e)를 포함할 수 있다. 도 2e의 에너지 하베스터(100)는 도 2a 내지 도 2d의 에너지 하베스터(100)와 비교하여 발전 소자부(301e)의 구성이 상이한 것을 제외하면 실질적으로 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.
본 명세서의 실시예에 따른 발전 소자부(301e)는 적어도 하나의 압전 부재와 자왜 부재가 결합된 구조일 수 있다. 발전 소자부(301e)는 자왜 부재가 적어도 하나의 제1 압전 부재와 제2 압전 부재 사이에 배치되는 구조로 적층될 수 있다. 발전 소자부(301e)는 제1 전극층(331), 제1 전극층(331) 상에 배치된 제1 압전 물질층(321), 제1 압전 물질층(321) 상에 배치된 제2 전극층(341), 제2 전극층(341) 상에 배치된 제2 접착층(420), 제2 접착층(420) 상에 배치된 자왜 물질층(또는 자왜 부재)(350), 자왜 물질층(350) 상에 배치된 제3 접착층(430), 제3 접착층(430) 상에 배치된 제3 전극층(361), 제3 전극층(361) 상에 배치된 제2 압전 물질층(351), 및 제2 압전 물질층(351) 상에 배치된 제4 전극층(371)을 포함할 수 있다.
발전 소자부(301e)는 도 3e에 도시된 바와 같이, 제1 전극층(331), 제1 압전 물질층(321), 제2 전극층(341), 제2 접착층(420), 자왜 물질층(350), 제3 접착층(430), 제3 전극층(361), 제2 압전 물질층(351), 및 제4 전극층(371)이 순차적으로 적층될 수 있다. 예를 들면, 발전 소자부(301e)는 원형 플레이트 형상일 수 있다. 하지만, 본 명세서에서 발전 소자부(301e)의 형상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 사각형의 형태이거나, 링 형태 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있음은 물론이다.
발전 소자부(301e)의 제1 전극층(331)은 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301e)의 제1 전극층(331)과 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 사이에는 제1 접착층(또는 접착 부재)(410)이 배치될 수 있다. 제1 전극층(331)은 제1 접착층(410)을 매개로 제2 자석부(210)의 제2 면(212) 상에 접착되어 결합 또는 연결될 수 있다. 제1 접착층(410)은 접착제 또는 양면 테이프를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 접착층(410)은 에폭시(epoxy), 아크릴(acryl), 실리콘(silicone), 또는 우레탄(urethane) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 접착층(410)은 경화제, 점착 부여제, 왁스 성분, 또는 산화 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
제1 전극층(331)은 제1 압전 물질층(321)의 양극 또는 음극 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극층(331)은 양극일 수 있다. 예를 들면, 제1 전극층(331)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 전극층(331)은 제1 압전 물질층(321) 상에 전극 물질의 페이스트를 도포하여 형성될 수 있다.
발전 소자부(301e)의 제1 압전 물질층(321)은 제1 전극층(331) 상에 배치될 수 있다. 또한, 발전 소자부(301e)의 제1 압전 물질층(321)은 제2 전극층(341) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 압전 물질층(321)은 제1 전극층(331)과 제2 전극층(341) 사이에 배치될 수 있다. 제1 압전 물질층(321)은 PZT(lead zirconate titanate), PMN-PT(lead magnesium niobate-lead titanate), PZN-PT(lead zirconate niobite-lead titanate), MFC (microfiber composites), BaTi03, 및 NKN(Na-K-Nb)계열 등 세라믹 재료와, PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 등의 고분자 재료 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 압전 물질층(321)은 MFC를 포함할 경우, MFC가 세라믹을 섬유화하여 유연하고 플렉서블한 특성을 가지므로, 잘 깨지기 쉬운 세라믹의 취약성을 보완할 수 있으며, 전기 에너지의 생성 출력을 향상시킬 수 있다.
발전 소자부(301e)의 제2 전극층(341)은 제1 압전 물질층(321) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극층(341)은 제1 압전 물질층(321)의 양극 또는 음극 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극층(341)은 음극일 수 있다. 예를 들면, 제2 전극층(341)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 전극층(341)은 제1 전극층(331)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다. 제2 전극층(341)은 제1 압전 물질층(321) 상에 전극 물질의 페이스트를 도포하여 형성될 수 있다.
발전 소자부(301e)의 자왜 물질층(350)은 제2 전극층(341) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301e)의 제2 전극층(341)과 자왜 물질층(350) 사이에는 제2 접착층(420)이 배치될 수 있다. 자왜 물질층(350)은 제2 접착층(420)을 매개로 제2 전극층(341) 상에 접착되어 결합 또는 연결될 수 있다. 제2 접착층(420)은 접착제 또는 양면 테이프를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 접착층(420)은 에폭시(epoxy), 아크릴(acryl), 실리콘(silicone), 또는 우레탄(urethane) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 2 접착층(420)은 경화제, 점착 부여제, 왁스 성분, 또는 산화 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제2 접착층(420)은 에폭시를 포함할 경우, 저렴한 가격으로 인하여 제조 비용 절감이 가능하고, 고온 공정을 필요로 하지 않으며, 원자 확산 및 화학 반응이 최소화될 수 있고, 자왜 물질층(350)과 제2 전극층(341) 사이의 열팽창 불일치에 의한 변형 불일치를 완화시킬 수 있다. 제2 접착층(420)은 제1 접착층(410)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다.
발전 소자부(301e)의 제3 전극층(361)은 자왜 물질층(350) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301e)의 자왜 물질층(350)과 제3 전극층(361) 사이에는 제3 접착층(430)이 배치될 수 있다. 제3 전극층(361)은 제3 접착층(430)을 매개로 자왜 물질층(350) 상에 접착되어 결합 또는 연결될 수 있다. 제3 접착층(430)은 제3 접착층(430)은 접착제 또는 양면 테이프를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제3 접착층(430)은 제1 접착층(410) 및 제2 접착층(420)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함하거나, 제2 접착층(420)과는 동일한 물질이고, 제1 접착층(410)과는 상이한 물질을 포함할 수도 있다.
자왜 물질층(350)의 제1 면은 제2 접착층(420)을 매개로 제2 전극층(341) 상에 접착되어 결합(또는 연결)되고, 자왜 물질층(350)의 제2 면은 제3 접착층(430)을 매개로 제3 전극층(461) 상에 접착되어 결합(또는 연결)될 수 있다. 예를 들면, 자왜 물질층(350)은 제2 전극층(341)과 제3 전극층(361) 사이에 배치될 수 있다.
자왜 물질층(350)은 강자성 금속, 페라이트계 세라믹스, 자왜 합금 및 자성 형상기억 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 강자성 금속은 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 페라이트계 세라믹스는 일반식 MFe2O4 또는 MFe12O19(M은 1종 이상의 2가의 금속 이온)으로 나타내는 스피넬(spinel)형 또는 마그네토플럼바이트(magnetoplumbite)형 페라이트 또는 M'3Fe5O12(M'은 3가의 금속 이온)으로 나타내는 페라이트나, Li0.5Fe2.5O4로 나타내는 리튬페라이트 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 자왜 합금은 테르븀(Tb)-디스프로슘(Dy)-철 합금(Terfenol), 갈륨(Ga)-철(Fe) 합금(Gafenol), 사마륨(Sm)-디스프로슘(Dy)-철(Fe) 합금(Samfenol), 붕소(B)-규소(Si)-철(Fe) 합금(Metglas) 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 자성 형상기억 합금으로는 Ni2MnGa 합금, NiMnIn 합금, NiCoMnIn 합금, FePd 합금, FeNiGa 합금, CoNiGa 합금 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 하지만, 본 명세서에서 자왜 물질층(350)의 물질이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제3 전극층(361)은 제2 압전 물질층(351)의 양극 또는 음극 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제3 전극층(361)은 양극일 수 있다. 예를 들면, 제3 전극층(361)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제3 전극층(361)은 제2 압전 물질층(351) 상에 전극 물질의 페이스트를 도포하여 형성될 수 있다.
발전 소자부(301e)의 제2 압전 물질층(351)은 제3 전극층(361) 상에 배치될 수 있다. 또한, 발전 소자부(301e)의 제2 압전 물질층(351)은 제4 전극층(371) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2 압전 물질층(351)은 제3 전극층(361)과 제4 전극층(371) 사이에 배치될 수 있다. 제2 압전 물질층(351)은 제1 압전 물질층(321)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다.
발전 소자부(301e)의 제4 전극층(371)은 제2 압전 물질층(351) 상에 배치될 수 있다. 발전 소자부(301e)의 제4 전극층(371)은 하우징(110)의 일측(111) 내에 결합 또는 연결될 수 있다. 제4 전극층(371)은 하우징(110)의 일측(111)이 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 형태로 결합 또는 연결되어 고정될 수 있다. 또는, 제4 전극층(371)은 하우징(110)의 내부를 폐쇄하는 커버 형태를 갖는 하우징(110)의 일측(111)에 부착되어 고정될 수 있다.
제4 전극층(371)은 제2 압전 물질층(351)의 양극 또는 음극 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제4 전극층(371)은 음극일 수 있다. 예를 들면, 제4 전극층(371)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제4 전극층(371)은 제2 압전 물질층(351) 상에 전극 물질의 페이스트를 도포하여 형성될 수 있다. 제4 전극층(371)은 제3 전극층(361)과 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터(100)는 수직 또는 수평 방향으로 진동되는 진동 패널(500)에 결합 또는 연결되고, 진동 패널(500)의 외부 진동을 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있다. 에너지 하베스터(100)는 진동 패널(500)의 진동 방향에 대응되도록 진동 패널(500)에 결합 또는 연결될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터(100)는 수직 방향으로 진동(PPV)하는 진동 패널(500)에 결합 또는 연결될 수 있다. 에너지 하베스터(100)는 길이 방향으로 통공된 내부 공간이 마련된 하우징(110)과, 내부 공간의 중심부에 마련된 제1 자석부(200)와, 제1 자석부(200)의 일측에 배치된 제2-1 자석부(210)와, 제2-1 자석부(210)에 접하며 하우징(110)의 일측(111)에 배치된 제1 발전 소자부(301)와, 제1 자석부(200)의 타측에 배치된 제2-2 자석부(220)와, 제2-2 자석부(220)에 접하여 하우징(110)의 타측(112)에 배치된 제2 발전 소자부(302)를 포함할 수 있다. 제1 발전 소자부(301), 제2-1 자석부(210), 제1 자석부(200), 제2-2 자석부(220), 및 제2 발전 소자부(302)는 하우징(110)의 길이 방향으로 정렬되게 (또는 길이 방향을 따라) 배치될 수 있다.
에너지 하베스터(100)의 하우징(110)은 진동 패널(500)의 수직 진동(PPV)에 대응되도록 진동 패널(500) 상에 결합 또는 연결될 수 있다. 예를 들어, 에너지 하베스터(100)의 하우징(110)은 진동 패널(500)의 평면 상에 수직하게 결합 또는 연결될 수 있다. 에너지 하베스터(100)는 하우징(110)의 일측(111)에 접착 부재가 배치되고, 접착 부재를 매개로 하우징(110)의 일측(111)이 진동 패널(500) 상에 접착되어 결합 또는 연결될 수 있다. 또는, 에너지 하베스터(100)는 하우징(110)의 타측(112)에 접착 부재가 배치되고, 접착 부재를 매개로 하우징(110)의 타측(112)이 진동 패널(500) 상에 접착되어 결합 또는 연결될 수 있다.
에너지 하베스터(100)는 진동 패널(500)에서 수직 진동(PPV)이 발생되면, 하우징(110)의 내부 공간의 중심부에 배치된 제1 자석부(200)가 외부의 수직 진동(PPV)에 따라 수직 방향으로 진동(MPV)하게 된다. 제1 자석부(200)의 수직 진동(MPV)은 제2-1 자석부(210)와의 자기 반발력(MRF1)과 제2-2 자석부(220)와의 자기 반발력(MRF2)에 의해 제2-1 자석부(210) 및 제2-2 자석부(220) 각각에 전달될 수 있다. 제2-1 자석부(210)는 자기 반발력(MRF1)을 통해 전달된 진동에 의한 힘(PF1)을 제1 발전 소자부(301)에 인가하게 되고, 제2-2 자석부(220)는 자기 반발력(MRF2)을 통해 전달된 진동에 의한 힘(PF2)을 제2 발전 소자부(302)에 인가하게 된다. 이에 의해, 제1 발전 소자부(301)와 제2 발전 소자부(302)는 제2-1 자석부(210)와 제2-2 자석부(220)의 각각으로부터 인가된 힘(PF1, PF2)에 의해 변형되어 전기 에너지를 생성할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터(100)는 수평 방향으로 진동(PHV)하는 진동 패널(500)에 결합 또는 연결될 수 있다.
에너지 하베스터(100)의 하우징(110)은 진동 패널(500)의 수평 진동(PHV)에 대응되도록 진동 패널(500) 상에 결합 또는 연결될 수 있다. 예를 들어, 에너지 하베스터(100)의 하우징(110)은 진동 패널(500)의 평면 상에 수평하게 결합 또는 연결될 수 있다. 에너지 하베스터(100)는 하우징(110)의 측면에 접착 부재가 배치되고, 접착 부재를 매개로 하우징(110)의 측면이 진동 패널(500) 상에 접착되어 결합 또는 연결될 수 있다.
에너지 하베스터(100)는 진동 패널(500)에서 수평 진동(PHV)이 발생되면, 하우징(110)의 내부 공간 중심부에 배치된 제1 자석부(200)가 외부의 수평 진동(PHV)에 따라 수평 방향으로 진동(MHV)하게 된다. 제1 자석부(200)의 수평 진동(MHV)은 제2-1 자석부(210)와의 자기 반발력(MRF1)과 제2-2 자석부(220)와의 자기 반발력(MRF2)에 의해 제2-1 자석부(210) 및 제2-2 자석부(220) 각각에 전달될 수 있다. 제2-1 자석부(210)는 자기 반발력(MRF1)을 통해 전달된 진동에 의한 힘(PF1)을 제1 발전 소자부(301)에 인가하게 되고, 제2-2 자석부(220)는 자기 반발력(MRF2)을 통해 전달된 진동에 의한 힘(PF2)을 제2 발전 소자부(302)에 인가하게 된다. 이에 의해, 제1 발전 소자부(301)와 제2 발전 소자부(302)는 제2-1 자석부(210)와 제2-2 자석부(220) 각각으로부터 인가된 힘(PF1, PF2)에 의해 변형되어 전기 에너지를 생성할 수 있다.
도 5는 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 표시 장치를 나타내는 도면이고, 도 6a 내지 도 6e는 도 5의 선 I-I'의 단면으로, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터와 진동 발생 장치를 나타내는 도면들이다.
도 5 내지 도 6e를 참조하여 설명하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 표시 장치(10)는 표시 패널(또는 진동 패널)(500), 커버 부재(700), 표시 패널(500)의 후면(또는 배면)에 배치되는 진동 발생 장치(600), 및 표시 패널(500)의 후면에 배치되는 에너지 하베스터(100)를 포함할 수 있다.
표시 패널(500)는 영상, 예를 들면, 전자 영상(electronic image) 또는 디지털 영상(digital image)을 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(500)은 광을 출력하여 영상을 표시할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따르면, 표시 패널(500)은 액정 표시 패널, 유기 발광 표시 패널, 양자점 발광 표시 패널, 마이크로 발광 다이오드 표시 패널, 전기 영동 표시 패널, 또는 전자 습윤 표시 패널 등과 같은 모든 형태의 표시 패널 또는 곡면형 표시 패널일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 표시 패널(500)은 진동 발생 장치(600)의 진동에 따라 진동하여 진동을 전방(FD)으로 출력할 수 있다. 예를 들면, 표시 패널(500)은 진동 발생 장치(600)의 진동에 따라 진동하여 진동 에너지(PVE)를 전방(FD)으로 직접 출력할 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(500)은 진동 에너지(PVE)에 의한 음향을 전방(FD)으로 직접 출력하며, 이로 인하여 표시 패널(500)은 음향을 직접 발생시키는 진동판(또는 진동 패널) 또는 스피커일 수 있다. 또는, 표시 패널(500)은 진동 에너지(PVE)에 의해 햅틱 피드백 신호(또는 촉각 피드백 신호)를 출력할 수 있다. 또한, 표시 패널(500)은 진동 발생 장치(600)의 진동에 따라 진동하여 진동 에너지(PVE)를 에너지 하베스터(100)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(500)은 진동 에너지(PVE)가 직접 작용하며, 이에 의해 표시 패널(500)은 에너지 하베스터(100)에 진동을 직접 전달시키는 진동 패널일 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시 패널(500)은 기판 상에 배열된 복수의 픽셀의 구동에 따라 영상을 표시하는 표시 영역, 및 표시 영역을 둘러싸는 비표시 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(500)은 베젤리스 구조에 따라 비표시 영역 없이 기판의 전면 전체가 표시 영역으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(500)은 복수의 픽셀 중 적어도 하나의 픽셀에 배치된 광투과부를 포함하는 투명 표시 패널일 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시 패널(500)은 애노드 전극, 캐소드 전극 및 발광 소자층을 포함하는 픽셀 어레이층의 구조에 따라 탑 에미션(Top Emission) 방식, 바텀 에미션(Bottom Emission) 방식, 또는 듀얼 에미션(Dual Emission) 방식 등의 형태로 화상을 표시할 수 있다. 탑 에미션 방식은 픽셀 어레이층에서 발생된 가시광을 베이스 기판의 전방으로 방출시켜 영상을 표시할 수 있고, 바텀 에미션 방식은 픽셀 어레이층에서 발생된 가시광을 베이스 기판의 후방으로 방출시켜 영상을 표시할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자층은 애노드 전극과 캐소드 전극 각각에 전기적으로 연결된 유기 발광층 또는 마이크로 발광 다이오드 소자를 포함할 수 있다. 마이크로 발광 다이오드 소자는 집적 회로(IC) 또는 칩(Chip) 형태로 구현된 발광 다이오드로서, 애노드 전극과 전기적으로 연결된 제1 단자 및 캐소드 전극과 전기적으로 연결된 제2 단자를 포함할 수 있다. 캐소드 전극은 각 화소영역에 마련된 발광 소자층의 발광 소자와 공통적으로 연결될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따른 표시 장치(10)는 표시 패널(500)을 커버하는 커버 부재(700)를 포함할 수 있다.
커버 부재(700)는 커버 바텀(cover bottom), 플레이트 바텀(plate bottom), 백 커버(back cover), 베이스 프레임(base frame), 메탈 프레임(metal frame), 메탈 샤시(metal chassis), 샤시 베이스(chassis base), 또는 m-샤시 등 다른 용어로 표현될 수 있으며, 용어에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 커버 부재(700)는 표시 패널(500)의 후면에 배치되어 커버하는 모든 형태의 프레임 또는 판상 구조물 등으로 구현될 수 있다. 커버 부재(700)는 후면 구조물을 포함할 수 있다.
커버 부재(700)는 표시 패널(500)의 후면을 덮을 수 있다. 예를 들어, 커버 부재(700)는 갭 공간(GS)을 사이에 두고 표시 패널(500)의 후면 전체를 덮을 수 있다. 일 예에 따른 커버 부재(700)는 글라스 재질과 금속 재질 및 플라스틱 재질 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 글라스 재질의 커버 부재(700)는 사파이어 글라스(sapphire glass)일 수 있다. 예를 들어, 금속 재질의 커버 부재(700)는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 마그네슘(Mg), 마그네슘 합금, 및 철(Fe)과 니켈(Ni)의 합금 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 실시예에 따른 커버 부재(700)는 표시 패널(500)의 측면을 추가로 덮을 수 있다. 예를 들어, 커버 부재(700)는 갭 공간(GS)을 사이에 두고 표시 패널(500)의 후면을 덮는 후면부(710) 및 후면부(710)의 끝단에 연결되고 표시 패널(500)의 측면을 덮는 측면부(720)를 포함할 수 있다. 이에 한정하지 않고, 커버 부재(700)는 후면부(710)와 측면부(720)가 일체로 구현된 단일 몸체의 구조물일 수 있다.
측면부(720)는 커버 부재(700)와 결합 또는 연결되는 별도의 미들 프레임으로 구현될 수도 있다. 이 경우, 미들 프레임으로 구현된 측면부(720)는 커버 부재(700), 예를 들어, 후면부(710)의 측면과 표시 패널(500)의 측면 모두를 덮을 수 있다. 예를 들어, 미들 프레임으로 구현된 측면부(720)는 금속 재질 및 플라스틱 재질 중 커버 부재(700)와 동일한 재질로 이루어지거나 다른 재질로 이루어질 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 커버 부재(700)는 패널 연결 부재(740)를 매개로 표시 패널(500)의 후면 가장자리에 배치될 수 있다. 예를 들어, 패널 연결 부재(740)는 표시 패널(500)의 후면 가장자리와 커버 부재(700)의 전면(前面) 가장자리 사이에 배치되어 표시 패널(500)과 커버 부재(700)를 접착시킬 수 있다. 일 예에 따른 패널 연결 부재(740)는 양면 테이프(Double-sided Tape), 단면 테이프(Single-sided Tape), 또는 양면 접착 폼 패드로 구현될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 실시예에 따른 커버 부재(700)는 표시 패널(500)의 전면 가장자리를 덮는 전면부(730)를 더 포함할 수 있다. 전면부(730)는 표시 패널(500)의 표시 영역과 중첩되는 개구부를 갖는 액자 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 전면부(730)는 후면부(710) 또는 미들 프레임과 결합(또는 연결)되어 표시 패널(500)의 전면 가장자리를 덮음으로써 표시 패널(500)을 지지하거나 고정할 수 있다. 전면부(730)는 표시 패널(500)의 전면 가장자리에 배치되어 사용자(또는 시청자)에게 직접적으로 노출되므로, 표시 장치(10)의 디자인적인 외관 미감을 저하시키며, 표시 장치(10)의 베젤 폭을 증가시킬 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 표시 패널(500)은 패널 연결 부재(740)를 통해 커버 부재(700)에 연결됨으로서 전면부(730)가 생략(또는 제거)될 수 있고, 이에 의해 표시 장치(10)의 베젤 폭이 감소되거나 제거됨으로써 표시 장치(10)의 디자인적인 외관 미감이 향상될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따른 표시 장치(10)는 표시 패널(500)의 후면(또는 배면)에 배치되는 진동 발생 장치(600a, 600b, 600c, 600d, 600e: 600)와 표시 패널(500)의 후면에 배치되는 에너지 하베스터(100a, 100b, 100c, 100d, 100e: 100)를 포함할 수 있다. 에너지 하베스터(100)는 제1 접착 부재(401)를 매개로 표시 패널(500)의 후면에 접착될 수 있다. 또한, 진동 발생 장치(600)는 제2 접착 부재(650)를 매개로 표시 패널(500)의 후면에 접착될 수 있다. 제1 접착 부재(401)과 제2 접착 부재(650)는 접착제 또는 양면 테이프를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 접착 부재(401)과 제2 접착 부재(650) 중 적어도 하나 이상은 에폭시(epoxy), 아크릴(acryl), 실리콘(silicone), 또는 우레탄(urethane) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 접착 부재(401)과 제2 접착 부재(650) 중 적어도 하나 이상은 경화제, 점착 부여제, 왁스 성분, 또는 산화 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 제1 접착 부재(401)과 제2 접착 부재(650)는 동일한 물질을 포함하거나, 상이한 물질을 포함할 수도 있다.
진동 발생 장치(600)는 필름 형태 또는 보이스 코일을 포함하는 진동 장치로 구현될 수 있다. 진동 발생 장치(600)는 필름 형태로 구현될 경우, 표시 패널(500)보다 얇은 두께를 가질 수 있으므로, 진동 발생 장치(600)의 배치로 인하여 표시 패널(500)의 두께가 증가하지 않을 수 있다. 진동 발생 장치(600)는 표시 패널(500)을 진동 패널(또는 진동판)으로 사용할 수 있다. 예를 들면, 필름 형태의 진동 장치는 압전 소자를 포함할 수 있다. 압전 소자는 압전 특성을 갖는 재료로 구성할 수 있다. 예를 들면, 압전 특성을 갖는 재료는 PZT(lead zirconate titanate), PMN-PT(lead magnesium niobate-lead titanate), PZN-PT(lead zirconate niobite-lead titanate), BaTi03, 및 NKN(Na-K-Nb)계열 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로는 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 등의 고분자 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 보이스 코일을 포함하는 진동 장치는 자석, 보빈, 및 보빈에 권취된 코일을 포함하는 진동 장치일 수 있다. 예를 들면, 프레임(또는 플레이트), 센터폴, 및 댐퍼를 더 포함할 수 있다. 자석(또는 영구 자석)은 보빈의 중공부에 수용되도록 프레임 상에 배치될 수 있다. 코일은 보빈의 외주면을 둘러싸도록 권취될 수 있다. 예를 들면, 코일은 외부로부터의 음향 신호(또는 보이스 신호)를 공급받을 수 있다. 코일은 보빈의 승강과 함께 승강될 수 있다. 코일에 음향 신호가 인가되면, 코일의 주위에 형성되는 인가 전기장과 자석의 주위에 형성되는 외부 자기장에 기초한 플레밍의 왼손 법칙에 따라 보빈이 진동, 예를 들면, 상하 왕복 운동할 수 있다. 센터폴은 자석 상에 배치되며, 보빈의 진동을 가이드할 수 있다. 예를 들면, 센터폴은 보빈의 중공부에 삽입(또는 수용)됨으로써 보빈에 의해 둘러싸일 수 있다. 예를 들면, 센터폴은 보빈의 중공부에 수용되도록 자석 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 댐퍼는 프레임과 보빈 사이에 배치될 수 있다. 댐퍼는 일측과 타측 사이에 주름진 구조를 가짐으로써 보빈의 진동에 따라 수축 및 이완될 수 있다. 예를 들면, 댐퍼는 복원력을 통해 보빈의 진동 거리(예를 들면, 상하 이동 거리)를 제한할 수 있다. 예를 들면, 보빈이 일정 거리 이상으로 진동하거나 일정 거리 이하로 진동할 경우, 보빈은 댐퍼의 복원력에 의해 원위치로 원상 복귀할 수 있다. 코일을 포함하는 진동 장치의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 진동 발생 장치(600)는 음향 발생 모듈, 음향 발생 장치, 액츄에이터, 압전 복합체 액츄에이터, 스피커, 압전 스피커, 압전 복합체 스피커, 및 햅틱 발생 장치 등으로 표현될 수 있으며, 이 용어에 한정되는 것은 아니다.
에너지 하베스터(100)는 변형에 의해 전기 에너지를 생성할 수 있는 적어도 하나의 압전 부재로 구현되거나, 적어도 하나의 압전 부재와 자기장에 의해 형상이 변형될 수 있는 적어도 하나의 자왜 부재의 조합으로 구현될 수 있다. 에너지 하베스터(100)는 압전 부재와 자왜 부재가 결합(또는 연결)된 형태로 구현될 경우, 표시 패널(500)의 진동에 의한 전기 에너지를 생성하는 것에 더하여, 자기장에 의한 자왜 부재의 변형에 의해 추가적으로 압전 부재를 변형하는 것에 의해 전기 에너지를 추가로 생성할 수 있다. 예를 들어, 에너지 하베스터(100)는 표시 패널(500)이 진동되는 진동 영역 상에 배치될 수 있다. 또한, 에너지 하베스터(100)는 표시 장치(10) 내에서 자기장이 발생되는 자기장 영역 내에 배치될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 진동 발생 장치(600a, 600b)와 에너지 하베스터(100a, 100b)는 표시 패널(500)의 일측 또는 타측 가장자리 부분에 배치될 수 있다. 진동 발생 장치(600a, 600b)는 제1 접착 부재(650)를 매개로 표시 패널(500)의 후면에 접착될 수 있고, 에너지 하베스터(100a, 100b)는 제2 접착 부재(401)를 매개로 표시 패널(500)의 후면에 접착될 수 있다. 진동 발생 장치(600a, 600b)는 표시 패널(500)의 전체 면적에 대비하여 상대적으로 작은 크기를 가질 수 있다.
진동 발생 장치(600a, 600b)와 에너지 하베스터(100a, 100b)는 도 6a에 도시된 바와 같이, 진동 발생 장치(600a)가 표시 패널(500)의 최외각 가장자리에 배치되고, 에너지 하베스터(100a)가 진동 발생 장치(600a)보다 안쪽에 위치한 가장자리에 배치될 수 있다. 또는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 에너지 하베스터(100b)가 표시 패널(500)의 최외각 가장자리에 배치되고, 진동 발생 장치(600b)가 에너지 하베스터(100b)보다 안쪽에 위치한 가장자리에 배치될 수 있다.
도 6c 내지 도 6e를 참조하면, 진동 발생 장치(600c, 600d, 600e)는 표시 패널(500)의 중앙 부분에 배치되고, 에너지 하베스터(100-1c, 100-2c, 100-1d, 100-1d, 100-1e, 100-2e)는 진동 발생 장치(600c, 600d, 600e)를 사이에 두고 표시 패널(500)의 일측과 타측에 각각 배치될 수 있다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 진동 발생 장치(600c)는 표시 패널(500)의 전체 면적에 상당하는 크기를 가질 수 있다. 도 6d 및 도 6e에 도시된 바와 같이, 진동 발생 장치(600d, 600e)는 표시 패널(500)의 전체 면적에 대비하여 상대적으로 작은 크기를 가질 수 있다.
진동 발생 장치(600c, 600d, 600e)와 에너지 하베스터(100-1c, 100-2c, 100-1d, 100-1d, 100-1e, 100-2e)는 도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이, 진동 발생 장치(600c, 600d)가 표시 패널(500)의 중앙 부분에 배치되고, 에너지 하베스터(100-1c, 100-2c, 100-1d, 100-1d)가 진동 발생 장치(600c, 600d)를 사이에 두고 표시 패널(500)의 양측 가장자리에 배치될 수 있다. 또는, 도 6e에 도시된 바와 같이, 진동 발생 장치(600e)가 표시 패널(500)의 중앙 부분에 배치되고, 에너지 하베스터(100-1e, 100-2e)가 진동 발생 장치(600e)를 사이에 두고 위치한 중앙 부분에 배치될 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터와 진동 발생 장치를 나타내는 평면도들이다. 도 8은 도 7d의 선 II-II'의 단면도이다.
도 7a를 참조하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 진동 발생 장치(600)와 에너지 하베스터(100-1P, 100-2P, 100-3P, 100-4P)의 배치는, 진동 발생 장치(600)가 표시 패널(500)의 중앙 부분에 배치되고, 에너지 하베스터(100-1P, 100-2P, 100-3P, 100-4P)가 진동 발생 장치(600)의 주변 영역에 분산되어 배치될 수 있다. 에너지 하베스터(100-1P, 100-2P, 100-3P, 100-4P)는 표시 패널(500)의 평면 상에 수직되도록 결합(또는 연결)될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 진동 발생 장치(600)와 에너지 하베스터(100-1H, 100-2H, 100-3H, 100-4H)의 배치는, 진동 발생 장치(600)가 표시 패널(500)의 중앙 부분에 배치되고, 에너지 하베스터(100-1H, 100-2H, 100-3H, 100-4H)가 진동 발생 장치(600)의 주변 영역에 분산되어 배치될 수 있다. 에너지 하베스터(100-1H, 100-2H, 100-3H, 100-4H)는 표시 패널(500)의 평면 상에 수평되도록 결합(또는 연결)될 수 있다. 또한, 에너지 하베스터(100-1H, 100-2H, 100-3H, 100-4H)는 일측이 진동 발생 장치(600)와 수직을 이루는 방향이 되도록 배치될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 진동 발생 장치(600)는 표시 패널(500) 상에 배치되고, 에너지 하베스터(100)는 진동 발생 장치(600)의 상면에 배치될 수 있다.
도 7d 및 도 8을 참조하면, 본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 표시 패널(500) 상에 배치된 인쇄 회로 기판(800) 상에 에너지 하베스터(100)가 배치되고, 인쇄 회로 기판(800) 주변에 진동 발생 장치(6011, 602, 603)가 배치될 수 있다. 에너지 하베스터(100)는 인쇄 회로 기판(800) 상에 배치될 경우, 인쇄 회로 기판(800)의 주변에 배치된 진동 발생 장치(601, 602, 603)에 의해 전달되는 진동에 의하여 전기 에너지를 발생할 수 있다. 또한, 인쇄 회로 기판(800)에서 발생하는 자기장에 의하여 전기 에너지를 발생할 수 있다. 예를 들면, 인쇄 회로 기판(800)의 구동 시 전류가 흐름으로써 자기장이 발생될 수 있다. 그리고, 에너지 하베스터(100) 내의 자왜 물질층은 자기장에 의하여 변형될 수 있다. 자왜 부재의 변형에 의하여 에너지 하베스터(100)의 압전 물질층에 응력이 가해지고, 이에 의해 압전 물질층이 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
도 9는 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 인쇄 회로 기판의 블록도이다. 도 10은 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터에 연결된 구동 회로를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 인쇄 회로 기판(800)은 정류기(910), 커패시터(920), 제1 구동 소자(930), 및 제2 구동 소자(940)를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터(100)는 표시 패널(500) 상에 배치되거나, 도 9에 도시된 바와 같이, 인쇄 회로 기판(800) 상에 배치될 수 있다.
에너지 하베스터(100)의 출력 단자는 정류기(910)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 에너지 하베스터(100)는 제1 발전 소자부(301)와 제2 발전 소자부(302)를 포함할 수 있다. 제1 발전 소자부(301)의 제1 전극층(331)은 제1 정류기(911)의 일단(또는 일측)에 연결되고, 제1 발전 소자부(301)의 제1 정류기(911)의 타단(또는 타측)에 연결될 수 있다. 제2 발전 소자부(301)의 제1 전극층(332)이 제2 정류기(912)의 일단(또는 일측)에 연결되고, 제2 발전 소자부(302)의 제2 전극층(342)이 제2 정류기(912)의 타단(또는 타측)에 연결될 수 있다. 에너지 하베스터(100)로부터 발생된 전기 에너지는 교류 전압일 수 있다. 이에 의해, 정류기(910)를 통해 교류 전압이 직류 전압으로 변환되어 커패시터(920)로 전달될 수 있다.
커패시터(920)는 에너지 하베스터(100)에서 발생된 전기 에너지를 저장할 수 있다. 또한, 커패시터(920)는 저장된 전기 에너지를 구동 소자(930, 940)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 커패시터(920)는 구동 소자(930, 940)와 병렬 연결될 수 있다. 또는, 커패시터(920)에는 제1 구동 소자(930)만이 연결되거나, 제2 구동 소자(940)만이 연결될 수 있다.
제1 구동 소자(930) 및 제2 구동 소자(940)는 커패시터(920)로부터 전기 에너지를 전달받아 구동될 수 있다. 제1 구동 소자(930) 및 제2 구동 소자(940)는 서로 병렬 연결될 수 있다. 제1 구동 소자(930) 및 제2 구동 소자(940)는 에너지 하베스터(100)로부터 발생된 전기 에너지에 의하여 구동될 수 있다.
제1 구동 소자(930)는 수동 소자일 수 있고, 제2 구동 소자(940)는 능동 소자일 수 있다. 수동 소자는 저항, 커패시터, 다이오드, 및 배터리 등을 포함할 수 있다. 또한, 능동 소자는 데이터 송수신 기능이 있는 무선 센서 등을 포함할 수 있다. 하지만, 본 명세서가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 구동 소자(930) 및 제2 구동 소자(940) 중 어느 하나는 생략될 수도 있다.
예를 들어, 제1 구동 소자(930)는 배터리일 수 있고, 제2 구동 소자(940)는 무선 센서일 수 있다. 제1 구동 소자(930)는 커패시터(920)와 병렬 연결되어 커패시터(920)로부터 전달받은 전기 에너지에 의해 충전될 수 있다. 제1 구동 소자(930)는 제2 구동 소자(940)와 병렬 연결되어 제2 구동 소자(940)에 전력을 공급할 수 있다. 이에 의해, 제2 구동 소자(940)는 에너지 하베스터(100)로부터 발생된 전기 에너지에 의하여 구동될 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 진동 발생 장치는 장치에 배치되는 진동 장치에 적용할 수 있다. 본 명세서의 실시예에 따른 장치는 모바일 디바이스, 영상전화기, 스마트 와치(smart watch), 와치 폰(watch phone), 웨어러블 기기(wearable apparatus), 폴더블 기기(foldable apparatus), 롤러블 기기(rollable apparatus), 벤더블 기기(bendable apparatus), 플렉서블 기기(flexible apparatus), 커브드 기기(curved apparatus), 슬라이딩 기기(sliding apparatus), 가변 기기(variable apparatus), 전자 수첩, 전자 책, PMP(portable multimedia player), PDA(personal digital assistant), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 데스크탑 PC(desktop PC), 랩탑 PC(laptop PC), 넷북컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 네비게이션, 차량용 네비게이션, 차량용 장치, 차량용 장치, 극장용 장치, 극장용 장치, 텔레비전, 월페이퍼(wallpaper) 기기, 샤이니지(signage) 기기, 게임기기, 노트북, 모니터, 카메라, 캠코더, 및 가전 기기 등에 적용될 수 있다. 그리고, 본 명세서의 실시예에 따른 진동 발생 장치는 유기발광 조명장치 또는 무기발광 조명장치에 적용할 수 있다. 진동 발생 장치가 조명장치에 적용될 경우, 조명 및 스피커의 역할을 할 수 있다. 그리고, 본 명세서의 실시예에 따른 진동 발생 장치가 모바일 디바이스 등에 적용될 경우 스피커, 리시버, 및 햅틱 중 하나 이상일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 표시장치는 아래와 같이 설명될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따른 에너지 하베스터는, 길이 방향으로 통공된 내부 공간이 마련된 하우징, 하우징의 내부 공간의 중심부에 배치된 제1 자석부, 내부 공간 내에서, 제1 자석부로부터 이격 배치되고, 제1 자석부와 자기 반발력을 갖는 제1 면을 포함하는 제2 자석부, 및 제2 자석부의 제2 면 상에 배치되고, 변형에 의해 전기 에너지를 생성하는 발전 소자부를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 제1 자석부는 내부 공간 내에서 외부 진동에 따라 진동되고, 제1 자석부의 진동이 자기 반발력에 의해 제2 자석부로 전달되며, 제2 자석부로 전달된 진동에 의해 발전 소자부가 변형될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 제1 자석부와 제2 자석부는 자기 반발력에 의해 서로 간의 이격 거리가 유지될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 하우징의 내부 공간은, 중심부에 제1 자석부가 배치되고, 제1 자석부로부터 이격 배치된 제2 자석부의 제1 면이 위치하는 제1 영역, 및 제2 자석부가 배치되는 제2 영역을 포함하고, 제2 영역은 제1 영역으로부터 멀어질수록 내부 공간이 넓어지는 경사면을 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 발전 소자부의 제1 면은 제2 자석부의 제2 면 상에 결합되고, 발전 소자부의 제2 면은 하우징의 내부 공간을 사이에 둔 하우징의 일측 또는 타측에 결합될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 발전 소자부의 제1 면의 면적은 제2 자석부의 제2 면의 면적보다 넓은 면적을 가질 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 발전 소자부는 적어도 하나의 압전 부재를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 압전 부재는, 제1 전극층, 제1 전극층 상에 배치된 압전 물질층, 및 압전 물질층 상에 배치된 제2 전극층을 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 제1 전극층은 제1 접착층을 매개로 제2 자석부의 제2 면에 결합되고, 제2 전극층은 하우징의 일측 또는 타측에 결합될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 발전 소자부는 적어도 하나의 자왜 부재를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 자왜 부재는, 제2 자석부와 적어도 하나의 압전 부재 사이에 배치되거나, 적어도 하나의 압전 부재와 하우징의 일측 또는 타측 사이에 배치되거나, 적어도 하나의 압전 부재를 사이에 두고 양측에 각각 배치되거나, 또는 적어도 하나의 압전 부재의 제1 압전 부재와 제2 압전 부재 사이에 배치될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 자왜 부재의 제1 면은 제1 접착층을 매개로 제2 자석부의 제2 면에 결합되고, 적어도 하나의 자왜 부재의 제2 면은 제2 접착층을 매개로 적어도 하나의 압전 부재 상에 결합될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 자왜 부재의 제1 면은 제3 접착층을 매개로 적어도 하나의 압전 부재 상에 결합되고, 적어도 하나의 자왜 부재의 제2 면은 하우징의 일측 또는 타측에 결합될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 자왜 부재는 제1 자왜 부재 및 제2 자왜 부재를 포함하고, 제1 자왜 부재의 제1 면은 제1 접착층을 매개로 제2 자석부의 제2 면에 결합되고, 제1 자왜 부재의 제2 면은 제2 접착층을 매개로 적어도 하나의 압전 부재의 제1 면 상에 결합되고, 제2 자왜 부재의 제1 면은 제3 접착층을 매개로 적어도 하나의 압전 부재의 제2 면 상에 결합되고, 제2 자왜 부재의 제1 면은 하우징의 일측 또는 타측에 결합될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 자왜 부재의 제1 면은 제1 접착층을 매개로 제1 압전 부재 상에 결합되고, 적어도 하나의 자왜 부재의 제2 면은 제2 접착층을 매개로 제2 압전 부재 상에 결합될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 발전 소자부는, 하우징의 일측에 배치된 제1 발전 소자부, 및 하우징의 타측에 배치된 제2 발전 소자부를 포함하고, 제2 자석부는, 제1 발전 소자부와 제1 자석부 사이에 배치된 제2-1 자석부, 및 제2 발전 소자부와 제1 자석부 사이에 배치된 제2-2 자석부를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 수직 또는 수평 방향으로 진동되는 진동 패널을 더 포함하고, 하우징은 길이 방향이 진동 패널의 진동 방향에 대응되도록 진동 패널에 결합될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따른 표시장치는, 표시 패널, 표시 패널에 배치되고, 표시 패널을 진동시키는 적어도 하나 이상의 진동 모듈을 갖는 진동 발생 장치, 표시 패널의 진동 영역 상에 배치되는 에너지 하베스터, 및 에너지 하베스터에 의해 생성된 전기 에너지를 인가받는 에너지 소자를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 에너지 하베스터와 에너지 소자 사이에는 정류 소자를 더 포함하고, 에너지 소자는 수동 소자, 능동 소자, 및 구동 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 기 에너지 하베스터는 디스플레이 패널의 자기장 영역 내에 배치될 수 있다.
이상에서 설명한 본 명세서는 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 명세서의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 명세서의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 에너지 하베스터 110: 하우징
200: 제1 자석부 210, 220: 제2 자석부
301, 302: 발전 소자부 500: 표시 패널
600: 진동 발생 장치

Claims (20)

  1. 길이 방향으로 통공된 내부 공간이 마련된 하우징;
    상기 하우징의 상기 내부 공간의 중심부에 배치된 제1 자석부;
    상기 내부 공간 내에서, 상기 제1 자석부로부터 이격 배치되고, 상기 제1 자석부와 자기 반발력을 갖는 제1 면을 포함하는 제2 자석부; 및
    상기 제2 자석부의 제2 면 상에 배치되고, 변형에 의해 전기 에너지를 생성하는 발전 소자부를 포함하는, 에너지 하베스터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자석부는 상기 내부 공간 내에서 외부 진동에 따라 진동되고, 상기 제1 자석부의 진동이 상기 자기 반발력에 의해 상기 제2 자석부로 전달되며, 상기 제2 자석부로 전달된 진동에 의해 상기 발전 소자부가 변형되는, 에너지 하베스터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자석부와 상기 제2 자석부는 상기 자기 반발력에 의해 서로 간의 이격 거리가 유지되는, 에너지 하베스터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 내부 공간은,
    상기 중심부에 상기 제1 자석부가 배치되고, 상기 제1 자석부로부터 이격 배치된 상기 제2 자석부의 제1 면이 위치하는 제1 영역; 및
    상기 제2 자석부가 배치되는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제2 영역은 상기 제1 영역으로부터 멀어질수록 상기 내부 공간이 넓어지는 경사면을 포함하는, 에너지 하베스터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발전 소자부의 제1 면은 상기 제2 자석부의 상기 제2 면 상에 결합되고,
    상기 발전 소자부의 제2 면은 상기 하우징의 상기 내부 공간을 사이에 둔 상기 하우징의 일측 또는 타측에 연결되는, 에너지 하베스터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발전 소자부의 상기 제1 면의 면적은 상기 제2 자석부의 상기 제2 면의 면적보다 넓은 면적을 가지는, 에너지 하베스터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발전 소자부는 적어도 하나의 압전 부재를 포함하는, 에너지 하베스터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압전 부재는,
    제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상에 배치된 압전 물질층; 및
    상기 압전 물질층 상에 배치된 제2 전극층을 포함하는, 에너지 하베스터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 제1 접착층을 매개로 상기 제2 자석부의 상기 제2 면에 결합되고,
    상기 제2 전극층은 상기 하우징의 일측 또는 타측에 결합되는, 에너지 하베스터.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 발전 소자부는 적어도 하나의 자왜 부재를 더 포함하는, 에너지 하베스터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자왜 부재는,
    상기 제2 자석부와 상기 적어도 하나의 압전 부재 사이에 배치되거나,
    상기 적어도 하나의 압전 부재와 상기 하우징의 일측 또는 타측 사이에 배치되거나,
    상기 적어도 하나의 압전 부재를 사이에 두고 양측에 각각 배치되거나, 또는
    상기 적어도 하나의 압전 부재의 제1 압전 부재와 제2 압전 부재 사이에 배치되는, 에너지 하베스터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자왜 부재의 제1 면은 제1 접착층을 매개로 상기 제2 자석부의 상기 제2 면에 결합되고,
    상기 적어도 하나의 자왜 부재의 제2 면은 제2 접착층을 매개로 상기 적어도 하나의 압전 부재 상에 결합되는, 에너지 하베스터.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자왜 부재의 제1 면은 제3 접착층을 매개로 상기 적어도 하나의 압전 부재 상에 결합되고,
    상기 적어도 하나의 자왜 부재의 제2 면은 상기 하우징의 상기 일측 또는 상기 타측에 결합되는, 에너지 하베스터.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자왜 부재는 제1 자왜 부재 및 제2 자왜 부재를 포함하고,
    상기 제1 자왜 부재의 제1 면은 제1 접착층을 매개로 상기 제2 자석부의 상기 제2 면에 결합되고,
    상기 제1 자왜 부재의 제2 면은 제2 접착층을 매개로 상기 적어도 하나의 압전 부재의 제1 면 상에 결합되고,
    상기 제2 자왜 부재의 제1 면은 제3 접착층을 매개로 상기 적어도 하나의 압전 부재의 제2 면 상에 결합되고,
    상기 제2 자왜 부재의 제2 면은 상기 하우징의 상기 일측 또는 상기 타측에 결합되는, 에너지 하베스터.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자왜 부재의 제1 면은 제1 접착층을 매개로 상기 제1 압전 부재 상에 결합되고,
    상기 적어도 하나의 자왜 부재의 제2 면은 제2 접착층을 매개로 상기 제2 압전 부재 상에 결합되는, 에너지 하베스터.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 발전 소자부는,
    상기 하우징의 상기 일측에 배치된 제1 발전 소자부; 및
    상기 하우징의 상기 타측에 배치된 제2 발전 소자부를 포함하고,
    상기 제2 자석부는,
    상기 제1 발전 소자부와 상기 제1 자석부 사이에 배치된 제2-1 자석부; 및
    상기 제2 발전 소자부와 상기 제2 자석부 사이에 배치된 제2-2 자석부를 포함하는, 에너지 하베스터.
  17. 제1항에 있어서,
    수직 또는 수평 방향으로 진동되는 진동 패널을 더 포함하고,
    상기 하우징은 상기 길이 방향이 상기 진동 패널의 진동 방향에 대응되도록 상기 진동 패널에 연결되는, 에너지 하베스터.
  18. 표시 패널;
    상기 표시 패널에 배치되고, 상기 표시 패널을 진동시키는 적어도 하나 이상의 진동 모듈을 갖는 진동 발생 장치;
    상기 표시 패널의 진동 영역 상에 배치되는 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 에너지 하베스터; 및
    상기 에너지 하베스터에 의해 생성된 전기 에너지를 인가받는 에너지 소자를 포함하는, 표시장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 에너지 하베스터와 상기 에너지 소자 사이에는 정류 소자를 더 포함하고,
    상기 에너지 소자는 수동 소자, 능동 소자, 및 구동 소자 중 적어도 하나를 포함하는, 표시장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 에너지 하베스터는 상기 표시 패널의 자기장 영역 내에 배치되는, 표시장치.
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