JP2004137852A

JP2004137852A - 調光装置

Info

Publication number: JP2004137852A
Application number: JP2002305871A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Fukuda; 福田　浩幸
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】太陽電池により発電された電力の無駄を省き、太陽電池による発電量を十分に高くすることが可能な調光装置を提供する。
【解決手段】透過型太陽電池パネル１５を透過した光が液晶パネル１２に照射される配置としており、透過型太陽電池パネル１５により発電された電力により液晶パネル１２を駆動制御している。透過型太陽電池パネル１５は、発電という本来の役目だけではなく、窓を透過する日射量を低減させるという役目を果たす。このため、液晶パネル１２の駆動電力を低減して、液晶パネル１２の負担を軽減することができ、調光機能と電力の利用効率の向上を共に実現することができる。また、透過型太陽電池パネル１５は、日射量を検出するセンサの役目も果たしており、透過型太陽電池パネル１５の発電量に応じて液晶パネル１２の透過率を調節し、液晶パネル１２を透過する日射量を略一定にしている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窓枠に取付けられた液晶パネルを駆動制御することにより窓の調光を行う調光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の装置としては、例えば図６に示す様なものがある。この装置では、液晶パネル１０１をアルミニウム等からなる窓枠１０２に取付け、太陽電池１０３を窓枠１０２の一辺１０２ａに取り付けている。液晶パネル１０１は、２枚のガラス板を僅かに間隙を開けて対向配置し、該各ガラス板間に液晶を注入封止し、該各ガラス板の外側面にそれぞれの偏光方向を９０度ずらした各偏光板を貼り合わせ、該各ガラス板の内側面に液晶用マトリクス回路等（図示せず）を配置したものである。
【０００３】
液晶用マトリクス回路は、駆動信号を印加され、この駆動信号に応答して液晶パネル１０１の液晶を制御し、液晶パネル１０１を指示された透過率に設定する。これにより、液晶パネル１０１が窓枠１０２のブラインドとしての役目を果たす。
【０００４】
また、特許文献１には、図６と同様の装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１８４２７３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の装置では、太陽電池１０３により発電された電力を液晶パネル１０１の駆動のためにだけ利用しており、余剰電力を抵抗等に流して処理（廃棄）していた。
【０００７】
また、太陽電池１０３を設置するためのスペースを必要とすることから、窓枠１０２の幅が広くなり、逆に窓そのものの採光面積が狭くなった。このため、太陽電池１０３を小型化して、窓枠１０２の幅を狭くすることが考えられるが、この場合は、太陽電池１０３による発電量が低下して、電力不足を招くことがあった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池により発電された電力の有効活用を図り、太陽電池による発電量を十分に高くすることが可能な調光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、液晶パネルを駆動制御して該液晶パネルを通過する光を調整する調光装置において、液晶パネルの駆動用電力を発電する太陽電池パネルを備え、該太陽電池パネルを透過した光が液晶パネルに照射される配置としている。
【００１０】
この様な構成の本発明によれば、太陽電池パネルを透過した光が液晶パネルに照射される配置としていることから、液晶パネルだけではなく、太陽電池パネルによっても日射量が低減される。このため、液晶パネルの駆動電力を低減して、液晶パネルの負担を軽減することができ、調光機能の向上と電力の利用効率の向上を共に果たすことができる。また、太陽電池パネルによって採光面積が低減されことはなく、太陽電池パネルを大型化して、太陽電池パネルによる発電量を十分に高くすることができる。例えば、この調光装置を窓に適用する場合は、従来の様に太陽電池を設けるために窓枠の幅を広くする必要がなく、太陽電池パネルを大型化し、かつ窓そのものの採光面積を広くとることができる。
【００１１】
また、本発明においては、液晶パネルの制御手段を備え、制御手段は、入力データに応じて液晶パネルを制御している。
【００１２】
例えば、液晶パネルの透過率を示すデータを制御手段に入力して、この透過率を制御手段の制御により設定する。あるいは、表示パターンや画像を示すデータを制御手段に入力して、表示パターンや画像を制御手段の制御により液晶パネルに表示させる。
【００１３】
更に、本発明においては、液晶パネルの制御手段を備え、制御手段は、太陽電池パネルの発電量に応じて液晶パネルの透過率を制御している。
【００１４】
ここでは、太陽電池パネルの発電量が外来光である日射量に応じて変動することから、液晶パネルの透過率を該発電量に応じて変動させることができる。これにより、窓から透過される日射量を略一定にすることができる。
【００１５】
また、本発明においては、制御手段は、多結晶シリコン又は連続粒界シリコン等（以下ＣＧシリコンと称する）の結晶性シリコンにより構成されている。この結晶性シリコンを用いれば、部品点数や半田等による接続箇所を減少させて、制御手段の信頼性を高くすることができる。更に、制御手段による液晶パネルのきめ細かな制御が可能になる。
【００１６】
更に、本発明においては、パワーコンディショナー手段を備え、パワーコンディショナー手段は、太陽電池パネルにより発電された電力を液晶パネルの駆動用に供給すると共に、該電力を外部電力線に回帰させている。
【００１７】
太陽電池パネルにより発電された電力を外部電力線に回帰させれば、余剰電力を有効利用することができる。
【００１８】
また、本発明においては、パワーコンディショナー手段は、多結晶シリコン又はＣＧシリコン等の結晶性シリコンにより構成されている。この結晶性シリコンを用いれば、部品点数や半田等による接続箇所を減少させて、パワーコンディショナー手段の信頼性を高くすることができる。
【００１９】
更に、本発明においては、液晶パネルの太陽電池パネル側に照明部を備えている。
【００２０】
この様な照明部を設ければ、この照明部により室内を照明することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１及び図２は、本発明の調光装置の一実施形態の表側及び裏側を示す図である。本実施形態の調光装置１１を室の窓に設置すると、室外からは図１に示す様な表側がみられ、室内からは図２に示す様な裏側がみられる。
【００２３】
本実施形態の調光装置１１は、液晶パネル１２をアルミニウム等からなる窓枠１３の裏側に取付け、窓枠１３の一辺の裏側に操作制御パネル１４を設け、透過型太陽電池パネル１５を窓枠１３の表側に取付けている。
【００２４】
図３は、本実施形態の調光装置１１における端部近傍を示す側面図である。
【００２５】
液晶パネル１２は、各ガラス板１６，１７を僅かに間隙を開けて対向配置し、各ガラス板１６，１７間に液晶を注入封止し、各ガラス板１６，１７の外側面にそれぞれの偏光方向を９０度ずらした各偏光板１８，１９を貼り合わせ、一方のガラス板１６の内側面に透明電極膜を配置し、他方のガラス板１７の内側面にアクティブマトリクスや単純マトリクス等の液晶用マトリクス回路を配置したものである。
【００２６】
また、ガラス板１６は、ガラス１７よりも大きくて、その外周縁に駆動回路３０が配置されている。この駆動回路３０は、液晶パネル１２の液晶用マトリクス回路を駆動し、液晶用マトリクス回路の各画素電極と透明電極膜間の液晶に電圧を印加して、各画素の液晶の向きを変化させ、各画素の濃度を調節する。また、この駆動回路３０は、多結晶シリコン又はＣＧシリコン等の結晶性シリコンにより構成されている。この様な結晶性シリコンを用いれば、駆動回路３０をガラス板１６上に形成することができ、部品点数や半田等による接続箇所を減少させて、駆動回路３０の信頼性を高くすることができる。また、駆動回路３０を液晶パネル１２の周縁に近接配置することが可能になり、液晶パネル１２と駆動回路３０間の配線を簡略化して、高い信頼性を得ることができる。
【００２７】
透過型太陽電池パネル１５は、透明なガラス板３１に複数の太陽電池セル３２をマトリクス状に配列し、これらの太陽電池セル３２を相互接続したものである。
【００２８】
透過型太陽電池パネル１５は、例えばガラス板３１上に、透明導電膜、非晶質シリコン系半導体からなる光電変換膜、及び裏面電極膜（透明電極膜、金属電極膜、及びレジスト膜からなるもの）を順次積層し、光電変換膜と裏面電極膜を分割することにより各太陽電池セル３２を形成し、これらの太陽電池セル３２を相互に接続したものである。各太陽電池セル３２間の分割ラインは、透光性開口部となり、この透光性開口部で光が通過する。従って、分割ラインの間隔を調整することによっても透過型太陽電池パネル１５の透過する光量を予め調整することができる。
【００２９】
また、透明なガラス板３１の端部には、パワーコンディショナー回路３３を設けている。パワーコンディショナー回路３３は、制御回路３４（制御手段）を含み、透過型太陽電池パネル１５により発電された電力を供給されて動作し、この電力を制御回路３４、駆動回路３０、及び操作制御パネル１４に更に供給したり、余剰電力を電力ケーブル３５を通じて外部の商用電源用ケーブルに回帰させて電力会社に売る。また、このパワーコンディショナー回路３３は、多結晶シリコン又はＣＧシリコン等の結晶性シリコンにより構成されている。この様な結晶性シリコンを用いれば、パワーコンディショナー回路３３をガラス板３１上に一体形成することができ、部品点数や半田等による接続箇所を減少させて、パワーコンディショナー回路３３の信頼性を高くすることができる。
【００３０】
制御回路３４は、透過型太陽電池パネル１５の発電量をパワーコンディショナー回路３３を介して監視しており、この発電量に応じた液晶パネル１２の透過率を示す制御信号を生成し、この制御信号を導体ライン３６を通じて駆動回路３０に出力する。駆動回路３０は、この透過率を示す制御信号を入力すると、この透過率に対応する駆動信号を生成し、この駆動信号を液晶パネル１２の液晶用マトリクス回路に加えて、液晶用マトリクス回路の各画素電極と透明電極膜間の液晶の向きを変化させ、液晶パネル１２全体を該透過率に設定する。つまり、透過型太陽電池パネル１５の発電量が日射量に応じて変動することから、液晶パネル１２全体の透過率を該発電量に応じて変化させ、これにより液晶パネル１２全体の濃度を調節して、液晶パネル１２を透過する日射量を略一定にしている。
【００３１】
液晶パネル１２は、各画素電極と透明電極膜間の液晶に電圧が印加されていないときに光の透過率が最大となるノーマリーホワイトの特性を有する。このため、日射量が殆ど無くて、透過型太陽電池パネル１５の発電量が少なく、駆動信号の電圧を上げることができなくても、液晶パネル１２の透過率を最大限に設定することができる。逆に、日射量が増大して、透過型太陽電池パネル１５の発電量が多く、透過型太陽電池パネル１５からの電力供給が十分にあるときには、駆動信号の電圧を十分に上げて、液晶パネル１２の透過率を低下させることができる。
【００３２】
一方、操作制御パネル１４は、制御回路３４と同様に、透過型太陽電池パネル１５の発電量をパワーコンディショナー回路３３を介して監視している。また、この操作制御パネル１４は、ユーザにより操作される操作キー、予め設定された表示パターンを記憶した記憶装置、フレキシブルディスクやメモリカード等の記録媒体から画像データを読み出す読取り装置、及びＬＡＮ等のネットワークに接続されるインターフェイス等を備えている。この操作制御パネル１４の回路も、多結晶シリコン又はＣＧシリコン等の結晶性シリコンにより構成されたものであって、ガラス板３１上に一体形成され、部品点数や半田等による接続箇所が少なく、信頼性が高い。
【００３３】
操作制御パネル１４では、操作キーの入力操作により自動モードと手動モードのいずれかが選択される。更に、自動モードが数種類に分かれており、操作キーの入力操作によりいずれかの種類が選択される。例えば、日射量が増大する程、液晶パネル１２に表示されるストライプ模様の黒色部分の幅を広くして、液晶パネル１２の透過率を低くするという自動モード、日射量が増大する程、液晶パネル１２に表示される格子模様の黒色部分の幅を広くして、液晶パネル１２の透過率を低くするという自動モード、及び日射量が増大する程、液晶パネル１２に表示されるブラインドの様なパターンを下降させて、液晶パネル１２の透過率を低くするという自動モード等がある。
【００３４】
そして、操作制御パネル１４は、いずれかの自動モードが選択されると、制御回路３４に代わり、この選択された自動モードに従って、液晶パネル１２を駆動回路３０を介して駆動制御する。例えば、日射量に応じてストライプ模様の黒色部分の幅を変化させる自動モードが選択されれば、操作制御パネル１４は、ストライプ模様を記憶装置から読み出し、透過型太陽電池パネル１５の発電量、つまり日射量に応じたストライプ模様の黒色部分の幅を設定し、このストライプ模様を示す制御信号を導体ライン３７を通じて駆動回路３０に加えて、このストライプ模様を液晶パネル１２に表示させ、液晶パネル１２を透過する日射量を略一定にする。同様に、日射量に応じて格子模様の黒色部分の幅を変化させる自動モードが選択されれば、操作制御パネル１４は、格子模様を記憶装置から読み出し、透過型太陽電池パネル１５の発電量に応じた格子模様の黒色部分の幅を設定し、この格子模様を駆動回路３０を介して液晶パネル１２に表示させ、液晶パネル１２を透過する日射量を略一定にする。また、日射量に応じてブラインドパターンの昇降位置を変化させる自動モードが選択されれば、操作制御パネル１４は、ブラインドパターンを記憶装置から読み出し、透過型太陽電池パネル１５の発電量に応じたブラインドパターンの昇降位置を設定し、この昇降位置のブラインドパターンを駆動回路３０を介して液晶パネル１２に表示させ、液晶パネル１２を透過する日射量を略一定にする。
【００３５】
また、手動モードにおいても、自動モードと同様に、ストライプ模様、格子模様、ブラインドパターンというそれぞれの種類に分けられており、操作制御パネル１４の操作キーの入力操作によりいずれかの種類が選択される。そして、その上で操作キーの入力操作により液晶パネル１２の透過率が指示される。操作制御パネル１４は、いずれかの手動モードが選択され、かつ液晶パネル１２の透過率が指示されると、制御回路３４に代わり、この選択された手動モードに従って、液晶パネル１２を駆動回路３０を介して駆動制御する。例えば、ストライプ模様の手動モードが選択され、かつ液晶パネル１２の透過率が指示されれば、操作制御パネル１４は、指示された透過率に対応するストライプ模様の黒色部分の幅を設定し、このストライプ模様を示す制御信号を導体ライン３７を通じて駆動回路３０に加え、このストライプ模様を液晶パネル１２に表示させ、液晶パネル１２の透過率を調節する。同様に、格子模様の手動モードが選択され、かつ透過率が指示されれば、操作制御パネル１４は、指示された透過率に対応する格子模様の黒色部分の幅を設定し、この格子模様を液晶パネル１２に表示させ、液晶パネル１２の透過率を調節する。また、ブラインドパターンの手動モードが選択され、かつ透過率が指示されれば、操作制御パネル１４は、指示された透過率に対応するブラインドパターンの昇降位置を設定し、この昇降位置のブラインドパターンを液晶パネル１２に表示させ、液晶パネル１２の透過率を調節する。
【００３６】
更に、操作制御パネル１４は、操作キーの入力操作により画像の表示が指示されると、読取り装置を通じて記録媒体から画像データを読出したり、インターフェイスを通じてＬＡＮ等のネットワークからの画像データを入力し、この画像データに対応する制御信号を駆動回路３０に加えて、この画像データによって示される画像を液晶パネル１２に表示させる。
【００３７】
尚、画像の表示品位を向上させるには、液晶パネル１２の各画素のサイズや密度をパーソナルコンピュータ等に用いられる液晶パネルと同等に設定することが好ましい。
【００３８】
この様に本実施形態の調光装置１１では、透過型太陽電池パネル１５を透過した光が液晶パネル１２に照射される配置としており、透過型太陽電池パネル１５により発電された電力により液晶パネル１２を駆動制御している。透過型太陽電池パネル１５は、発電という本来の役目だけではなく、窓を透過する日射量を低減させるという役目を果たす。このため、液晶パネル１２の駆動電力を低減して、液晶パネル１２の負担を軽減することができ、調光機能と電力の利用効率の向上を共に実現することができる。また、透過型太陽電池パネル１５によって窓の採光面積が低減されことはなく、透過型太陽電池パネル１５を大型化して、透過型太陽電池パネル１５による発電量を十分に高くすることができる。
【００３９】
また、透過型太陽電池パネル１５は、日射量を検出するセンサの役目も果たしており、透過型太陽電池パネル１５の発電量に応じて液晶パネル１２の透過率を調節し、液晶パネル１２を透過する日射量を略一定にしている。
【００４０】
また、液晶パネル１２に各種の表示パターンを表示することによって、日射量を調節したり、液晶パネル１２に画像を表示することによって、この調光装置１１を窓のインテリアとして用いることができる。
【００４１】
図４は、本発明の調光装置の他の実施形態における端部近傍を示す側面図である。尚、本実施形態の調光装置１１Ａの外観は、図１及び図２の装置と同様である。また、図４において、図３と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００４２】
本実施形態の調光装置１１Ａでは、図１乃至図３の装置の液晶パネル１２の代わりに、カラー表示用の液晶パネル１２Ａを適用し、またシートバッテリー４１及び光源４２を付加している。
【００４３】
図５は、カラー表示用の液晶パネル１２Ａを部分的に拡大して示す側面図である。尚、図５において、図１の液晶パネル１２と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００４４】
このカラー表示用の液晶パネル１２Ａは、各ガラス板１６，１７を僅かに間隙を開けて対向配置し、各ガラス板１６，１７間に液晶２４を注入封止し、各ガラス板１６，１７の外側面にそれぞれの偏光方向を９０度ずらした各偏光板１８，１９を貼り合わせ、一方のガラス板１６の内側面にカラーフィルタ２１及び透明電極膜２２を配置し、他方のガラス板１７の内側面に液晶用マトリクス回路２３を配置したものである。
【００４５】
液晶用マトリクス回路２３は、複数の画素に対応するそれぞれの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）及び透明なそれぞれの画素電極をマトリクス状に配列したものである。ガラス板１６は、ガラス１７よりも大きくて、その外周縁に駆動回路３０を配置されている。この駆動回路３０は、液晶用マトリクス回路２３を駆動し、液晶用マトリクス回路２３の各画素電極と透明電極膜２２間の液晶２４に電圧を印加して、各画素の液晶の向きを変化させ、各画素の濃度を調節する。
【００４６】
カラーフィルタ２１は、各画素に対応するそれぞれの領域に区分されており、赤の各画素の領域に割当てられたそれぞれの赤フィルタ、緑の各画素の領域に割当てられたそれぞれの緑フィルタ、及び青の各画素の領域に割当てられたそれぞれの青フィルタを有し、各画素を赤、緑、及び青に着色する。これにより、液晶パネル１２は、表示パターンや画像をカラー表示することができる。
【００４７】
シートバッテリー４１は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池等の２次電池であり、窓枠１３の外周に設置され、パワーコンディショナー回路３３に接続されている。パワーコンディショナー回路３３は、透過型太陽電池パネル１５により発電された電力を供給されると、この電力を制御回路３４、駆動回路３０、及び操作制御パネル１４に更に供給したり、余剰電力を電力ケーブル３５を通じてシートバッテリー４１に供給して、シートバッテリー４１を充電する。このシートバッテリー４１が満充電状態になったときには、余剰電力が電力ケーブル３５を通じて外部の商用電源用ケーブルに回帰される。
【００４８】
また、夜間であったり、日照量が少なくなって、透過型太陽電池パネル１５による発電量が殆ど無くなると、パワーコンディショナー回路３３は、シートバッテリー４１の電力を電力ケーブル３５を通じて取出し、この電力を駆動回路３０及び操作制御パネル１４に供給する。これにより、夜間や日照量が少ないときでも、駆動回路３０及び操作制御パネル１４による液晶パネル１２の駆動制御が可能になる。
【００４９】
光源４２は、例えば赤、緑、青の各発光ダイオードであり、透過型太陽電池パネル１５のガラス板３１に設けられて、パワーコンディショナー回路３３に接続されている。光源４２の各色の発光ダイオードの発光により白色光が室内に照射され、スポットライトの機能を果たす。尚、光源４２として、白色の発光ダイオードを適用しても構わない。
【００５０】
尚、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、本発明を単なる窓だけではなく、日射量のより多く受けることができる天窓等に適用したり、あるいは電車や自動車等の乗り物の窓に適用しても構わない。また、日射光以外の人工的な光に対する調光のためであっても良い。
【００５１】
また、液晶パネルとして、他の構造を有するものを適用しても良い。更に、光源として、ＬＥＤとは異なる他の種類のものを用いても構わない。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、太陽電池パネルを透過した光が液晶パネルに照射される配置としていることから、液晶パネルだけではなく、太陽電池パネルによっても日射量が低減される。このため、液晶パネルの駆動電力を低減して、液晶パネルの負担を軽減することができ、調光機能の向上と電力の利用効率の向上を共に果たすことができる。また、太陽電池パネルによって採光面積が低減されることはなく、太陽電池パネルを大型化して、太陽電池パネルによる発電量を十分に高くすることができる。例えば、この調光装置を窓に適用する場合は、従来の様に太陽電池を設けるために窓枠の幅を広くする必要がなく、太陽電池パネルを大型化し、かつ窓そのものの採光面積を広くとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の調光装置の一実施形態の表側を示す図である。
【図２】図１の調光装置の裏側を示す図である。
【図３】図１の調光装置における端部近傍を示す側面図である。
【図４】本発明の調光装置の他の実施形態における端部近傍を示す側面図である。
【図５】図４の調光装置における液晶パネルを部分的に拡大して示す側面図である。
【図６】従来の装置を示す平面図である。
【符号の説明】
１１　　調光装置
１２　　液晶パネル
１３　　窓枠
１４　　操作制御パネル
１５　　透過型太陽電池パネル
１６，１７　　ガラス板
１８，１９　　偏光板
２１　　カラーフィルタ
２２　　透明電極膜
２３　　液晶用マトリクス回路
２４　　液晶
３０　　駆動回路
３１　　ガラス板
３２　　太陽電池セル
３３　　パワーコンディショナー回路
３４　　制御回路
３５　　電力ケーブル
３６，３７　　導体ライン
４１　　シートバッテリー
４２　　光源

Claims

液晶パネルを駆動制御して該液晶パネルを通過する光を調整する調光装置において、
液晶パネルの駆動用電力を発電する太陽電池パネルを備え、
該太陽電池パネルを透過した光が液晶パネルに照射される配置とすることを特徴とする調光装置。
液晶パネルの制御手段を備え、
制御手段は、入力データに応じて液晶パネルを制御することを特徴とする請求項１に記載の調光装置。
液晶パネルの制御手段を備え、
制御手段は、太陽電池パネルの発電量に応じて液晶パネルを制御することを特徴とする請求項１に記載の調光装置。
制御手段は、結晶性シリコンにより構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の調光装置。
パワーコンディショナー手段を備え、
パワーコンディショナー手段は、太陽電池パネルにより発電された電力を液晶パネルの駆動用に供給すると共に、該電力を外部電力線に回帰させることを特徴とする請求項１に記載の調光装置。
パワーコンディショナー手段は、結晶性シリコンにより構成されていることを特徴とする請求項５に記載の調光装置。
液晶パネルの太陽電池パネル側に照明部を備えることを特徴とする請求項１に記載の調光装置。