彩色显示器和太阳能电池装置 【技术领域】
本发明一般来讲涉及液晶显示器、触摸敏感显示器和太阳能电池，且还涉及具有上述显示器和太阳能电池的便携式装置。
背景技术
包括无线通信装置的各种便携式装置利用便携式能量源，诸如一个或多个蓄电池。虽然这种便携式装置的蓄电池技术和功耗都得到了改进，然而蓄电池仍然是有限的动力源。一直在寻找(如有可能无限地)延长电池寿命的方法。
对于一些装置，太阳能电池是可行的补充或备选能源。一些装置如便携式计算器具有足够大的可用表面积和足够低的功率需求，所以这些装置中一些可以全部由一个或多个太阳能电池供电。可惜地，许多装置例如包括移动电话和其它无线通信装置具有较高的功率需求和用于放置太阳能电池的通常有限的可利用表面积。结果，一直未把太阳能电池视为用于上述装置的满意的补充或备选能源。
一些现有技术已建议将太阳能电池与诸如液晶显示器之类的显示器结合。由于该显示器包括所争议的该装置的普通部分且太阳能电池自身不需要附加的表面积，因此这种结合看起来很有吸引力。可惜地，现有技术在这点上地尝试还不能令人满意。具体来讲，最终到达太阳能电池的有效光接收表面的光被大大地削弱了，以致即使在理想的条件下可以由太阳能电池提供的电源量也被相当大地减弱了。在如果不是全部，那么至少在大多数这类装置中，通过上述现有技术的尝试提供的少量增加的补充电源量太少，以致不能为提供这种结合所带来的附加成本和复杂性提供正当理由。
因此，在包括无线通信装置的便携式装置中继续需要商业上可获得的且有效成本方式补充或代替蓄电池电源的方法。
【附图说明】
通过提供在此公开的显示器和太阳能电池装置，这一需求和其它的需求基本上得到了满足。通过对以下详细说明进行全面审阅和研究，特别是当结合附图审阅时，将更好的理解该装置的各种实施例，其中：
图1示出了依照本发明优选实施例的显示器和太阳能电池装置的第一实施例的正视图；
图2示出了结合图1描述的显示器和太阳能电池装置中所使用的像素化的彩色反射片的一部分的平面图；
图3示出了结合图2描述的像素化的彩色反射片的透射性的光谱图；
图4示出了结合图1-3描述的显示器和太阳能电池装置的一部分的剖面图；
图5示出了依照本发明的第二实施例的触摸敏感显示器和太阳能电池装置的侧视图；
图6示出了依照本发明第三实施例的显示器和太阳能电池装置的侧视图；
图7示出了描述包括依照本发明配置的第一至第三实施例中任何一个的便携式电子装置的方框图；和
图8示出了与依照本发明实施例的太阳能电池结合使用的掩模的分解透视图。
【具体实施方式】
参考图1，正视图示出了依照本发明的显示器和太阳能电池装置100(在此简称为装置100)的优选实施例。装置100包括彩色液晶显示器(LCD)105和太阳能电池150。彩色LCD 105包括液晶显示面板、偏振片125和像素化的彩色反射片121。液晶显示面板包括基本透光的前板110、相对的基本透光的后板120、液晶材料130和电极(图1中未示出)。术语“基本上透光”指的是该板透射入射在前板10上的红外和可见光能中的至少90％。例如，前、后板110、120可以是通常至少透射96％可见光的透明玻璃。可选地，前、后板110、120可以如本领域普通技术人员所公知的，由基本上透光的塑料制成。依据对于本领域现有知识和技术的良好理解，液晶材料130填充了这两个板110和120之间的空间。在该实施例中，液晶材料130包括超扭曲向列的或扭曲向列的液晶材料。电极被以本技术领域中公知的方式放置在前、后板110、120的表面上，以在LCD显示器105的前板110和后板120之间形成液晶像素的图案，也就是说单个像素能够由常规的显示控制电路(图1-8中未示出)电以公知方式控制，以确定穿过其中的线形偏振光的旋转量。偏振片125在图1中被示为位于前板110的前面。优选的是，可被结合到前板的线性偏振片。可选的是，偏振片125也可位于前板110和液晶材料130之间。位于LCD显示器前面的表面为前侧面118(例如，偏振片125的前表面)。像素化的彩色反射片121被设置成大致平行于、且最接近于液晶显示面板的后板120，优选的是在液晶显示面板的后板120的后面并与之邻接。像素化的彩色反射片121可选的是位于后板120和液晶材料130之间。位于彩色LCD 105背面的表面为彩色LCD 105的背面(例如，当被置于液晶显示面板的后面时的像素化的彩色反射片121的背面)。为了说明方便，此处使用的术语“液晶显示面板”被定义为包括基本透光的前板110、相对的基本透光的后板120、液晶材料130和电极，并且没有表明其需要被以一个不包括偏振片125或像素化的彩色反射片121中之一或二者在内的实体的形式来制备和供销，或就该问题而言，是没有表明其需要被以一个不包括诸如补偿板之类的常规显示面板中包括的任意数量的其它部件在内的实体的形式来制备和供销。
将太阳能电池150设置成最接近彩色LCD 105的背面119，且耦合层140使太阳能电池150结合到彩色LCD 105。耦合层140例如可以由如适于具体应用的适当的透明粘合材料组成。(对于一些实施例，且特别是当垂直厚度包括关键外形规格时，太阳能电池150可被直接结合到彩色LCD 105的背面。)如果希望的话，且基于液晶显示器105自身的面积和/或所希望的总功率输出，可以如由假想线160所建议的那样使用多个太阳能电池150。
如本领域中所理解的，太阳能电池150具有光接收有效表面。对于大多数应用，如果光接收有效表面具有统一的外观、通常为黑色的外观，则可美化液晶显示器105的外观。对于大多数应用，黑色或基本上黑色的表面将是最佳的。
参考图2，依照本发明的优选实施例示出了像素化的彩色反射片121的一小部分的平面图。像素化的彩色反射片121包括色带像素反射片205、210、215的图案。各反射片205、210、215均被示为具有正方形的形状，但应明白可以使用其它的形状，诸如条形、环形或六角形。图2中所示的像素化的彩色反射片121具有与全彩色LCD 105提供的三种颜色相对应的三种类型的色带像素反射片205、210、215，在这种情况下将红色标记为R、绿色标记为G和蓝色标记为B，但应明白可以使用其它颜色集，且可以使用少到两种颜色用于两色LCD105。示出了这些色带像素反射片205、210、215的具体图案(此处称作德尔塔结构)，但可以使用其它的图案。例如，对于其它的颜色数量通常使用其它的结构。这一独特发明的一个重要方面是在该独特的像素化的彩色反射片121上的色带像素反射片205、210、215的图案中的像素与液晶显示面板的像素(其还是彩色LCD 105的像素)的位置相匹配。这意味着色带像素反射片205、210、215的图案中的像素中心基本上与液晶显示面板的像素的中心对准，并意味着驱动液晶显示器像素的常规的显示控制电路使液晶显示器的像素与像素化的彩色反射片121的颜色相关。因此，像素化的彩色反射片具有对应于液晶像素图案的色带像素反射片图案。
参考图3，在图3中示出了在电磁波谱的光波区中像素化的彩色反射片121透射性的光谱图。色带像素反射片205具有透射性曲线305，其具有在第一色带(此处为红色)中为高反射性但在光波频谱的其它可见部分以及红外线范围320为高透射性的特征。色带反射片210和215存在类似的情形，其特征在于透射性曲线310、315在第二和第三色带显示出各自的高反射率。可以使用诸如由摩托罗拉开发的Optimax技术的全息反射片(Holographic reflector)技术来制备这种像素化的彩色反射片121。
参考图4，依照本发明的优选实施例示出了结合图1-3描述的显示器和太阳能装置100的一小部分的剖面图。三个像素区位于LCD 105的405、410、415。在图4中由箭头表示入射到装置100上的光420。在户外的情形下，光420的能量通常具有大约相等数量的红外(IR)光能和可见光能。光420穿过液晶显示面板和偏振片，其中可见光能被偏振片125和板110、120减弱了约50％，但其中IR光能基本上没有被偏振片125和板110、120减弱。而且，正如本领域中所公知的，在各像素区405、410、415内的光的偏振被旋转了由有效像素所确定的量，如本技术领域公知的那样。当被减弱时，偏振光到达像素化的彩色反射片121，接着部分可见光被反射回穿过包括偏振片125的像素区405、410、415，造成单种颜色(在该例子中为红、绿和蓝)的光束435、440、445，这些光束具有由每个像素的偏振量以及在偏振片125、前、后板110、120和液晶材料135中的损失所确定的幅度。由此，彩色LCD 105成为全彩色反射显示器。
如此配置，穿过反射液晶显示器105的前板110和穿过后板120的至少一些光420将照亮太阳能电池150的光接收有效表面。在该实施例中，太阳能电池150具有完全延伸到与液晶显示器105相同的边界的光接收有效表面，进入彩色LCD 105的约67％的光能到达了太阳能电池150。该67％的能量包括50％的IR能和2/3的可见光能(自各色带反射片反射的)中的1/2(由于偏振片引起的)。因此，基于可用的总面积，可以由太阳能电池150在各种正常的观看条件下提供可观的电力。
应明白，进入依照本发明的太阳能电池150中的能量的量基本上大于进入利用可选的显示器和太阳能电池装置结构的太阳能电池中的量，上述可选的显示器和太阳能电池装置结构包括基本上透射所有红外能的均匀的反射片，但经由包括常规的图案化滤色片的常规LCD均匀地反射多种颜色例如红、蓝和绿的所有能量。
虽然与这种可选显示器和太阳能装置相比，通过利用更复杂的、像素化的彩色反射片代替均匀的反射片获得了本发明的优点，但本发明去除了在可选显示器和太阳能电池装置方法的常规液晶显示面板内使用的更复杂的多色滤色片。成本/优点分析能够基于显示器和太阳能电池装置的用途，确定实施例的最好选择。
在本技术领域中，触摸敏感显示器是众所周知的。触摸敏感显示器一般具有较黑色的背面，并且大多数消费产品上使用灰色的这种显示器。按照图5中描述的第二实施例，触摸敏感显示器510的该背面却是可以透光的，以便光能够穿过触摸敏感显示器510的背面来照亮其最接近触摸敏感显示器510背面设置的太阳能电池150的光接收有效表面。此外，可以提供耦合层140以使太阳能电池150与触摸敏感显示器510集成起来。如此设置，进入触摸敏感显示器510的相当大的百分比的光将穿过触摸敏感显示器510的透光背面并照亮了太阳能电池150的光接收有效表面。太阳能电池150的表面应当是基本上均匀着色的且可以是适合作为触摸敏感显示器的背景色的任何颜色(诸如灰色)。此处使用的“触摸敏感”指的是对手指或指针的使用作出响应来选择显示器表面的区域的任意技术，且可以包括压力传感、电容传感、声音传感或为此目的使用的任意的其它技术。
图6中描述的第三实施例提供了具有液晶显示器105和触摸敏感显示器510的装置。可以如上所述配置每个显示器105、510。在描述的该特定实施例中，液晶显示器105包括使用超扭曲向列或扭曲向列液晶的反射液晶显示器。因此，该实施例描述了与包括如上所述的像素化彩色反射片121的反射片相结合的液晶显示器105。在该实施例中，设置液晶显示器105和触摸敏感显示器510被沿着LCD显示器105的一个边缘、大致上彼此邻接地放置。当这些显示器105、510如所描述的那样邻接(或至少相对地彼此靠近)时，可以利用共用的耦合层140将一个或多个太阳能电池150连接到显示器105和510。如前所述，太阳能电池150优选的是具有基本均匀的深色的光接收有效表面，诸如黑色光接收有效表面。如此设置，进入液晶显示器105和触摸敏感显示器150的相当大的部分光将穿过其中并照亮太阳能电池150的光接收有效表面。
在第四实施例中，将具有诸如结合图4描述的透光背面的触摸敏感屏510被放置在彩色LCD 105的正面118的至少一部分的上方，且可以被放置在(相同地延伸于)彩色LCD 105的整个正面118之上。可将触摸敏感屏510结合到彩色LCD 105的正面，或简单地粘附到上面。这提供了一种非常紧凑且高功能的显示器和电源装置。
取决于外界的光条件，由以上实施例中的太阳能电池150产生的电力是相当大的。图7描述了可以利用上述的显示器和太阳能装置的一些方法。在该实施例中，便携式电子装置720诸如便携式示波器、电子书籍、计算器、移动电话、双向无线电收发装置(dispatch two-wayradio)、单向或双向寻呼机、无线个人数字助理等具有耦合到并驱动显示器710的用户接口730。该显示器710可以是如上所公开的使用超扭曲或扭曲液晶的液晶显示器105或触摸敏感显示器510(或与给定应用相适应的并置组合)。如上所教导的，显示器710将光传送到相应的太阳能电池150。使来自该太阳能电池150的电力被耦合740到显示器710以补充蓄电池电源或取代蓄电池电源(临时地或永久地)。附加地，或替代地，在便携式电子装置720内的其它处也耦合来自该太阳能电池150的电气，以便如被用于为便携式电子装置720供电的那样，补充或取代蓄电池电源。作为一个特定实例，来自太阳能电池150的电力可以被耦合至充电电路760并用于为便携式电子装置720的一个电池770(或多个电池)充电。
虽然为了描述的简单，仅仅一般性地描述了单个太阳能电池150，但容易认识到，可以利用多个太阳能电池来提供增加的电力量。
在没有提供均匀着色的有效表面区域的集成封装中提供了多个太阳能电池150。代之以，且现在参看图8，许多的这种封装提供了由例如铜或其它金属制成的惰性区840隔开的多个太阳能电池151、152(或太阳能电池150的区域151、152)。不仅上述材料通常包括与有效表面区域的颜色不匹配的颜色，而且上述材料还通常相对地反射可见光。结果，当如上教导的、将这样一种封装放置在显示器表面的后面时，至少在某些观看条件下，这些惰性表面区840是可以透过彩色LCD 105看到的。当以这种方式可见时，结果得到的显示器会使用户非常分散注意力。
当使用这种太阳能电池150时，因此希望更改太阳能电池150，以便确保太阳能电池150至少在可以经由显示器部分可见的那部分太阳能电池表面上，具有基本上均匀的颜色。按照一个实施例，可以使用颜料掩模技术将颜料淀积在惰性表面上，以由此与太阳能电池151、152的颜色匹配。按照另一实施例，可以在太阳能电池区域151、152和彩色LCD 105自身之间提供与太阳能电池151、152有效区的颜色相匹配的固定掩模810。这种掩模810应具有使光穿过其中并接触太阳能电池150的有效区151和152的孔径820和830。如此设置，掩模810将与太阳能电池封装协作以使光穿过有效区，同时提供基本均匀着色的表面作为显示器的背景。如果期望的话，可以将固定掩模810形成为上述的耦合层140的主要组成部分。
描述的显示器和太阳能电池装置提供了商业上比由现有技术提供的更加可接受的解决方案。不需要将被供电的装置的表面空间单独地专用于一个或多个太阳能电池。代替地，用于显示器的表面空间同时可以用作照亮太阳能电池的有效表面的光收集入口。而且，现在可以顺利地利用相对普通且成本有效的液晶显示技术来提供可接受的显示器，而且仍然提供了对堆叠的太阳能电池可接受水平的光。作为其它的优点，显示器还将为太阳能电池提供保护(这种保护很可能对高效的太阳能面板特别有意义)。
本技术领域中的那些技术人员应认识到，可以对所描述的这些实施例作出各种改变和替代，而不会脱离提出的本发明概念的精神和范围。将理解，本发明的广度和范围仅由下面的权利要求书所限定。