JP2017512302A - 光活性化電力指示器 - Google Patents

Abstract

光活性化電力指示器は、指示器と、該指示器に電気的に接続される感光デバイスを有するレセプタ回路とを含む。光活性化電力指示器は、レセプタ回路の第１端に電気的に結合された第１端子と、レセプタ回路の第２端に電気的に結合された第２端子とをさらに含み、感光デバイスが応答スペクトル内の一つまたは複数の波長に晒された場合に、指示器が蓄電デバイスの充電状態を指示する。

Description

本開示は広く蓄電デバイスのための指示装置を対象とする。

オンセル型の指示器は、１つまたは２つのボタンを押し、数秒間待ち、それからバッテリの充電状態を示す指示器を観察することをユーザに要求する。ユーザは装置からバッテリを取り外し、バッテリを手に持ち、ボタンを押さなければならないため、このようなことはユーザにとって不便である。ユーザはその後バッテリを装置内へ再度取り付けなければならない。これは煩雑で手間がかかってしまう。

エレクトロクロミックディスプレイは、テストされる電池から非常に少量の電力しか引き出さないので、オン状態を維持でき、これにより消費者は、電池をちょっと見るだけで充電状態を決定することができる。

しかしながら、エレクトロクロミック指示器テクノロジにおける現在の技術水準では、オン状態で継続的に通電される場合、作動寿命が短い。この短い作動寿命は、短くて数週間、長くても約２ヶ月であろう。

したがって、改良されたオンセル型指示器へのニーズが存在する。

一実施形態において、光活性化電力指示器用の装置は、指示器と、該指示器に電気的に接続される感光デバイスを有するレセプタ回路と、を含む。光活性化電力指示器は、レセプタ回路の第１端に電気的に結合された第１端子と、レセプタ回路の第２端に電気的に結合された第２端子と、をさらに含み、感光デバイスが応答スペクトル内の一つまたは複数の波長に晒された場合に、指示器が蓄電デバイスの充電状態を指示する。

他の一実施形態において、蓄電デバイスの充電状態を観察する方法は、蓄電デバイスから光活性化電力指示器に電力を供給することと、光活性化電力指示器の電力消費を低減するために感光デバイスが応答スペクトル内の一つまたは複数の波長に晒されていない場合に光活性化電力指示器を非活性化することと、を含む。光活性化電力指示器は、指示器とレセプタ回路とを含む。レセプタ回路は、指示器に電気的に結合される感光デバイスを含む。感光デバイスは、応答スペクトル内の一つまたは複数の波長に晒されると変化する電気的特性を含む。方法は、感光デバイスの電気的特性を変更することにより応答スペクトル内の一つまたは複数の波長への露出に応答することと、指示器に与えられる電位を介して蓄電デバイスの充電状態を決定することと、をさらに含む。蓄電デバイスの充電状態を指示するステップは、指示器上で行われる。

さらに他の一実施形態において、可視光の存在中に作動してバッテリの充電状態を指示する光活性化電力指示器用の装置は、指示器とレセプタ回路とを含む。レセプタ回路は、指示器に電気的に結合されたリーク抵抗器と、指示器に電気的に結合されたディスプレイ抵抗と、指示器に電気的に結合された感光デバイスとを含む。感光デバイスは、応答スペクトル内の一つまたは複数の波長に晒されると変化する電気的特性を含む。装置は、第１電極と第２電極とを有するバッテリをさらに含み、第１電極はレセプタ回路の第１端に電気的に結合され、第２電極はレセプタ回路の第２端に電気的に結合される。装置は、感光デバイスが応答スペクトル内の一つまたは複数の波長に晒されるとバッテリの充電状態を指示する指示器によって作動する。
本明細書中に記述された実施形態により提供されるこれらの特徴および追加の特徴は、以下の詳細な説明を以下の図面と併せて考慮することでよりよく理解されるであろう。

図面に示された実施形態は、本来は説明に役立つものであり、請求項によって規定される主題を制限することを企図するものではない。以下の実例となる実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読まれれば理解可能である。図面において、同様の構成は同様の参照番号で指示される。
本明細書に示され記載された一つまたは複数の実施形態による光活性化電力指示器の一実施形態を示す図である。 本明細書に示され記載された一つまたは複数の実施形態による光活性化電力指示器の他の一実施形態を示す図である。 本明細書に示され記載された一つまたは複数の実施形態によるサンドイッチタイプの指示器回路を示す図である。 本明細書に示され記載された一つまたは複数の実施形態によるフラットタイプの指示器を示す図である。 本明細書に示され記載された一つまたは複数の実施形態による直列レセプタ回路を示す図である。 本明細書に示され記載された一つまたは複数の実施形態による並列レセプタ回路を示す図である。 本明細書に示され記載された一つまたは複数の実施形態によるセグメント化されたストリップの指示器を示す図である。 本明細書に示され記載された一つまたは複数の実施形態によるオペアンプ型光活性化指示器を示す図である。

光活性化電力指示器は、バッテリ内に残存するエネルギの量を指示し、感光素子および指示器回路を含む。指示器回路は、バッテリが消費者に見えない場合に指示器回路の電力使用を最小化し、かつ／または削減するように設計される。光活性化電力指示器は、通常、感光デバイスを有する回路と、バッテリの充電状態を指示するためのディスプレイとを備える。光活性化電力指示器は、バッテリに結合されてバッテリからその電力を受け取ってもよい。感光デバイスのディスプレイは、少なくとも２つの表示状態、すなわち、オフ表示状態およびオン表示状態を有する。オフ表示状態において、ディスプレイは、バッテリの充電状態を指示せず、ディスプレイは、非活性化されたものと考えてよい。また、オン表示状態において、ディスプレイは、バッテリの充電状態を実際に指示し、ディスプレイは、活性化されたものと考えてよい。感光デバイスを電磁スペクトルに露出させることは、光活性化電力指示器がいずれの表示状態にあるかを決定する。光活性化電力指示器の様々な実施形態および光活性化電力指示器の動作を本明細書中でより詳細に説明する。

まず、図１を参照すると、光活性化電力指示器１００は、蓄電デバイス１０５に結合されてよい。蓄電デバイス１０５は、第１電極１１０および第２電極１１５を含んでよい。一実施形態において、蓄電デバイス１０５は、一つもしくは複数の電池、または、一つもしくは複数のバッテリであってよい。一つまたは複数の電池は、例えば使い捨て（すなわち、１回限りの放電）であっても、再充電可能（すなわち、多数回の充電／放電）であってもよい。例えば、バッテリは、再充電可能バッテリでも、燃料電池でも、コイン電池のスタックでも、または円筒形電池のスタックでもよい。光活性化電力指示器１００は、仮想ボックス内に概略的に示され、また、第１端子１２０および第２端子１２５を含んでよい。第１端子１２０は第１電極１１０に電気的に結合されてよく、また、第２端子１２５は第２電極１１５に結合されてよい。あるいは、第１端子１２０が第２電極１１５に電気的に結合されて第２端子１２５が第１電極１１０に電気的に結合されてもよい。第１電極１１０および第２電極１１５は、それぞれ、例えば陽極および陰極でよく、またはその逆でもよい。第１端子１２０および第２端子１２５は、光活性化電力指示器１００が蓄電デバイス１０５の充電状態を感知できるようにしてよい。第１端子１２０および第２端子１２５はまた、光活性化電力指示器１００に電力を供給するために使用されてもよい。

他の一実施形態において、蓄電デバイス１０５はコンデンサ（図示せず）でもよい。コンデンサは、正極リードおよび負極リードを有してよい。第１端子がコンデンサの正極リードに電気的に結合されて第２端子がコンデンサの負極リードに電気的に結合されてよく、またはその逆でもよい。

光活性化電力指示器１００は、蓄電デバイス１０５のハウジング１４０に結合されてよい。一実施形態において、光活性化電力指示器１００のハウジング１４０への結合は、接着剤により、または、例えばネジ、ボルト、クランプ、タブ、スナップ、スナップフィット結合、溶接、はんだ付けなどの機械的連結によって達成されてよい。他の一実施形態において、光活性化電力指示器１００のハウジング１４０への結合は、光活性化電力指示器１００、第１端子１２０、第２端子１２５および回路トレース１４２をハウジング１４０上へ印刷することによって達成されてよい。さらに他の一実施形態において、光活性化電力指示器１００のハウジング１４０への結合は、光活性化電力指示器１００、第１端子１２０、第２端子１２５および回路トレース１４２を基体（例えば、図２に示すような基板２００または図７に示すようなラベル７００）上へ印刷することによって達成されてもよい。回路トレース１４２は、図１において概略的に示されており、必要な回路トレースの全てを表すものではない。全ての実施形態において、光活性化電力指示器１００の部品の電気的結合は、導電性接合剤、はんだ付け、溶接、例えば圧縮クランプやリベットなどの機械的ファスナにより、または印刷物の間の電気導電性ブリッジを形成するための部品の重ね印刷を介して行われてよい。導電性接合剤は、光活性化電力指示器１００内での接続点間の抵抗を最小化するために使用されてよい。例えば、導電性接合剤は、第１端子１２０および第２端子１２５を第１電極１１０および第２電極１１５に電気的に結合させるために使用されてよい。

印刷することは、無線周波数（ＲＦ）スパッタリング技術、衝撃もしくは圧力の技術、マスクおよびエッチングの技術、または熱もしくは光による活性化技術を含んでよいが、これらに限定されるものではない。これらの印刷技術は、機械またはプロセスを用いて、例えば、銅、プラスチック、銀、カーボン、グラファイトまたはエポキシ、エレクトロクロミックおよび他の指示器材料、太陽電池材料、半導体材料などの材料を対象面に塗布するために用いられる。機械またはプロセスは、スクリーン、グラビアまたはインクジェット印刷の利用を介して光活性化電力指示器１００の部品を規定するために使用可能である。対象面は基板２００、ハウジング１４０またはこれらの両方を含んでよい。

光活性化電力指示器１００は、指示器１３０に接続され、かつ／またはこれを含むレセプタ回路１３５を有してよい。指示器１３０は、図１においてレセプタ回路１３５から分離したものとして示されているが、指示器１３０がレセプタ回路１３５の一部であってその内部で接続されていてもよいことが理解される。レセプタ回路１３５は、第１端１４５および第２端１５０を有してよい。第１端１４５は、第１ノード（すなわち、図５に示された第１ノード３２５であって以下で説明される）を規定してよい。第２端１５０は、第２ノード（すなわち、図５に示されたような第２ノード３３０であって以下で説明される）を規定してよい。第１端子１２０は、第１端１４５に電気的に結合されてよく、また、第２端子１２５は第２端１５０に電気的に結合されてよい。一実施形態において、レセプタ回路１３５の部品は、指示器１３０上に直接印刷されてよい。

レセプタ回路１３５は、感光デバイスと、一つまたは複数の抵抗器とを含んでよい。本明細書の全体で開示されているとおり、感光デバイスは、一つまたは複数の波長の電磁スペクトルへの露出に応答してその電気的特性（例えば抵抗、電圧、または電流）を変化させる任意の個別部品であってよい。感光デバイスは、ユーザが蓄電デバイス１０５の充電状態を知りたくない場合には光活性化電力指示器１００に電力が供給されず、あるいは、最小限の電力が供給されることを保証するように構成されてよい。例えば、感光デバイスは、例えばユーザが、蓄電デバイスを収納する部分を開けたり蓄電デバイス１０５を収納する容器を開けたりした場合に、特定波長または特定の範囲の波長にのみ応答する（すなわち、その電気的特性を変化させる）ように構成され、設計され、かつ／または選択されてよい。換言すると、感光デバイスの電気的特性は、電磁スペクトルへのさまざまな露出に応じて変化させられてよい。さらに、感光デバイスの電気的特性は、電磁スペクトルの強度および／または電磁スペクトルの供給源と感光デバイスとの間の位置および方向に応じて変化させられてよい。本明細書において、用語「応答スペクトル」は、その電気的特性を変化させることにより感光デバイスが応答するような電磁スペクトルの波長（または周波数）をいう。例えば、電磁スペクトルのある部分に感光デバイスが晒されるが、電磁スペクトルのその部分が応答スペクトル内の波長を含まない場合、感光デバイスは、その電気的特性を変化させることで応答することはしない。感光デバイスは、フォトレジスタ（すなわち、光依存性抵抗器）、フォトダイオード、フォトトランジスタまたは太陽電池を備えてよい。

図１をさらに参照すると、レセプタ回路１３５は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）でも、一つまたは複数の個別部品でも、かつ／または互いに電気的に結合された内蔵部品でもよい。例えば、一実施形態において、レセプタ回路１３５は、反転増幅構成のオペアンプ（例えば図８に示され説明されるようなオペアンプ８１０）を含んでよい。他の一実施形態において、レセプタ回路１３５は、感光デバイスが応答スペクトル内の波長に晒されたかどうかを決定する比較回路を含んでよい。比較回路は、感光デバイスからの電圧または電流を閾値の電圧または電流と比較して蓄電デバイス１０５の充電状態を指示するかどうかを決定してよい。さらに他の一実施形態において、レセプタ回路１３５は、太陽電池に電気的に結合された信号調整器でもよく、この場合、太陽電池は、感光デバイスとして動作する。信号調整器は、蓄電デバイス１０５の充電状態を指示するかどうかを決定するために、太陽電池からの電圧または電流を操作するよう要求されてよい。これらの実施形態の全てにおいて、レセプタ回路１３５は、光活性化電力指示器１００が応答スペクトル内の波長に応答することを可能にする、光依存の、様々な電気的特性（例えば電圧、電流、および／または抵抗）を提供する。レセプタ回路１３５の様々な実施形態は以下においてより詳細に説明される。

指示器１３０は、レセプタ回路１３５から蓄電デバイス１０５の蓄電状態決定を受け取って可視的、可聴的もしくは他の指標および／または信号を用いて蓄電状態決定を指示するために使用されてよい。換言すると、指示器１３０は、蓄電デバイス１０５の充電状態を表示するために操作可能であってよい。指示器１３０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロクロミックディスプレイ、サーモクロミックディスプレイ、エレクトロウェッティングディスプレイ、構造色ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ、および／または静電ディスプレイであればよい。一実施形態において、指示器１３０は、レセプタ回路１３５から分離してこれと異なっていてよい。例えば、指示器１３０はまた、スタンドアロンでも専用回路でも表示回路でもよい。他の一実施形態において、指示器１３０は、図３および４に示すように、レセプタ回路１３５の一部でも、レセプタ回路１３５内で接続されていても、かつ／またはレセプタ回路１３５と一体化していてもよい。指示器１３０はまた、オーディオ装置でもよい。例えば、レセプタ回路１３５は、蓄電デバイス１０５の充電状態をモニタしてよく、充電閾値が合致されまたは超えられた場合、指示器１３０は警報を与えてもよい。

図２は、光活性化電力指示器１００の他の一実施形態であり、ここでは、光活性化電力指示器１００は基板２００に結合される。基板２００は、光活性化電力指示器１００を蓄電デバイス１０５に搭載し固定するために使用されてよい。基板２００は、第１の側２０１と、該第１の側とは反対の第２の側とを含んでよい。光活性化電力指示器１００の基板２００への結合は、接着剤により、または、例えばネジ、ボルト、クランプ、タブ、スナップ、スナップフィット結合などの機械的連結によって達成されてよい。あるいは、光活性化電力指示器１００は、上述したような印刷技術により基板２００へ結合されてもよい。

基板２００は、硬質材料でも、可撓性材料でも、または印刷回路板でもよい。印刷回路板の形態は、光活性化電力指示器１００の部品を互いに電気的に結合する電気トレース１４２を含んでよい。回路トレース１４２は、図２において概略的に示されているが、必要な回路トレース１４２の全てを示すものではない。あらゆる実施形態において、光活性化電力指示器１００の部品の電気的結合は、導電性接合剤、はんだ付け、溶接、例えば圧縮クランプやリベットなどの機械的ファスナ、または印刷物の間の電気導電性ブリッジを形成するための部品の重ね印刷を介して行われてよい。導電性接合剤は、光活性化電力指示器１００内での接続点間の抵抗を最小化するために使用されてよい。レセプタ回路１３５および指示器１３０は、基板２００の第１の側２０１へ結合されてよい。第２の側は、蓄電デバイス１０５のハウジング１４０へ結合されてよい。一実施形態において、蓄電デバイス１０５は、第１端子１２０だけが見えるボタン電池でもよい。第２端子（図示せず）は、基板２００の第２の側に結合され、ハウジング１４０と電気的に結合されてよい。他の一実施形態において、基板２００が使用されない場合、第２端子は、接着剤または他の結合手段を貫通してハウジング１４０と電気的に結合してよい。さらに他の一実施形態において、レセプタ回路１３５は、第２の側に結合してハウジング１４０と対向配置されてよい短接触子（図示せず）を含んでよい。短接触子は、ハウジング１４０を第２端子と電気的に結合してよい。

感光デバイスは、応答スペクトル内の波長の範囲に亘ってその電気的特性を変化させるように構成されてよい。例えば、感光デバイスがフォトレジスタであれば、フォトレジスタの抵抗は、応答スペクトル内の波長への露出に応答して低抵抗から高抵抗まで、または高抵抗から低抵抗まで変化してよい。また、感光デバイスは、感光デバイスの電気的特性がその範囲に亘って推移するように発生する特定の時間を有してよい。例えば、フォトレジスタが第１抵抗（例えば低抵抗）から第２抵抗（例えば高抵抗および／または中間抵抗）へ変化する遷移時間が存在する。感光デバイスは、範囲の両端間に配置された中間電気特性をさらに含んでよい。例えば、フォトレジスタは、高抵抗と低抵抗との間に配置された中間抵抗を有してよい。中間抵抗は、応答スペクトル内の波長に近いがそのものではない電磁スペクトルの波長の結果でよい。中間抵抗はまた、感光デバイスにより検出される応答スペクトルの強度の結果でもよい。そのようなものとして、感光デバイスは、その電気的特性をわずかに変化させることにより応答する。例を続けると、フォトレジスタを介して中間抵抗が許容する電流の量は、薄暗い指示器１３０を提供するかもしれないが、それでも指示器１３０は読めるであろう。さらに、電磁スペクトルの応答スペクトル内の波長への露出および／またはその強度が一定であれば、感光デバイスの応答は一定でよい。あるいは、電磁スペクトルの応答スペクトル内の波長への露出および／またはその強度が可変であれば、感光デバイスの応答は可変でよい。可変の応答は、当該範囲の両極端間、例えばフォトレジスタの高抵抗と低抵抗との間でさらに制限されていてもよい。

感光デバイスの例えば上述したような特性は、感光デバイスの材料の組成に依存し得る。例えば、感光デバイスにはシリコンがドープされてもよく、これにより、感光デバイスは、応答スペクトル内で電磁スペクトルの可視部分ではない波長に応答するようになる。他の一実施形態において、感光デバイスは、硫化カドミウムの感光デバイスでもよく、これにより、感光デバイスは、応答スペクトル内で電磁スペクトルの可視部分である波長に応答するようになる。さらに他の一実施形態において、感光デバイスは、硫化鉛（ＰｂＳ）、酸化銅（ＣｕＯ）、二硫化セレン（ＳｅＳ_２）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、導電性ポリマ（ドープの有無にかかわらない）、並びに他の任意の金属硫化物および金属酸化物の少なくとも一つを備えるドープされた材料から形成されてよい。ドープされた各材料は、特定の無線波長に一致してよく、これにより、感光デバイスが応答する応答スペクトルの波長範囲が変化する。

図１の指示器１３０は、図３に示すようなサンドイッチタイプの指示器３７５でもよい。図１乃至３を参照すると、サンドイッチタイプの指示器３７５は、電位３７０の影響下で色彩を帯びた粒子の移動に基づく、時にクロモフォリックシステムまたはクロモフォレティックシステムと呼ばれるエレクトロクロミック技術を使用してよい。電位３７０は、蓄電デバイス１０５からサンドイッチタイプの指示器３７５へ印加される起電力であるか、または、外部電源からサンドイッチタイプの指示器３７５へ起電力を伝達するレセプタ回路１３５への回路トレース１４２であってよい。電位３７０は、互いに対向して配設される頂部電極３８０および底部電極３８５へ印加される。底部電極３８５に対向して頂部電極３８０を配設することは、サンドイッチタイプの指示器３７５が回路中でコンデンサとして作動することができるということを意味する。頂部電極３８０および底部電極３８５は、インジウムスズ酸化物、アルミニウム、銅またはカーボンから作製されてよい。作用電極３９０は、エレクトロクロミックインク３９３により形成される。電位３７０が印加されると、複数のクロモフォリック粒子３９５は、分離層３９７を介して移動する。複数のクロモフォリック粒子３９５が頂部電極３８０の近傍で蓄積するので、サンドイッチタイプの指示器３７５内に色彩の変化が見えるようになり得る。頂部電極３８０および底部電極３８５から電位３７０が除去されると、複数のクロモフォリック粒子３９５は底部電極３８５へ戻り得る。分離層３９７は、白色光を反射するイオン浸透性粒子の反射層を含んでよい。頂部基板３６０および底部基板３６５は、サンドイッチタイプの指示器３７５のための構造的サポートを提供し、また、透明（すなわち、全ての可視波長が基板を通り抜けることを許容する）であっても不透明であってもよい。一実施形態において、頂部基板３６０は透明であり、これにより、複数のクロモフォリック粒子３９５の蓄積を頂部電極３８０で見ることができる。

図１の指示器１３０は、図４に示すようにフラットタイプの指示器４６５でもよい。図１、２および４を参照すると、フラットタイプ指示器４６５は、電位３７０の影響の下、色彩を帯びた粒子の移動に基づく、時にクロモフォリックシステムまたはクロモフォレティックシステムと呼ばれるエレクトロクロミック技術を使用してよい。本実施形態では、図３のサンドイッチタイプ指示器３７５の積層構造に代えて、指示器の構成要素は共通基板４５０上にレイアウトされる。図４を参照すると、共通基板４５０は、紙製品でも、プラスチックでも、ガラス製品でも、または金属製品でもよい。第１電極４５５および第２電極４６０は、電位３７０に電気的に結合される。第１電極４５５および第２電極４６０は、インジウムスズ酸化物、アルミニウム、銅もしくはカーボン、または他の適切な導電材料から作製されてよい。第１電極４５５に電気的に結合された第１ストリップ４７０と第２電極４６０に電気的に結合された第２ストリップ４７５との間には「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」が分布される。固体電解質４８０は、第１電極４５５と第２電極４６０との間の電子電導を阻みながら、第１ストリップ４７０と第２ストリップ４７５との間のイオン電導を可能にする。電子電導が阻まれるということは、フラットタイプ指示器４６５が回路内でコンデンサとして作動できるということを意味する。第１電極４５５と第２電極４６０との間に電位３７０が印加されるので、「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」は、酸化し、または中性状態からレドックス（ｒｅｄｏｘ）状態へ変化して色彩が目に見えて暗くなる。好適な他のエレクトロクロミック材料の例は、プルシアンブルー、酸化タングステン、酸化ニッケル、およびエレクトロクロミックディスプレイ用に特に開発されてきた有機材料を含んでよい。

図３および４を参照すると、サンドイッチタイプ指示器３７５またはフラットタイプ指示器４６５は、サンドイッチタイプ指示器３７５またはフラットタイプ指示器４６５に印加された電位３７０を介して図１の蓄電デバイス１０５の充電状態を指示することができる。換言すると、クロモフォリック粒子３９５の蓄積量および／または「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」の酸化／還元の量は、２つの電極（図３の頂部電極３８０／底部電極３８５または図４の第１電極４５５／第２電極４６０）間に印加された電位３７０の高さに依存する。

図１乃至４を参照すると、指示器１３０のさらに他の一実施形態において、活性ポリマは、変調機構として使用されてよい。変調機構として、活性ポリマは、還元（レドックス）または中性の状態、および酸化状態を有してよい。活性ポリマは、「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」（すなわち、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））ポリスチレンスルホン酸）でよく、また、その酸化状態からそのレドックスまたは中立の状態へ指示器１３０を駆動するために電位３７０が指示器１３０に印加された場合に暗くなってもよい。中性状態では、活性ポリマが主として赤を吸収して電磁スペクトルの一部を黄色にし、活性ポリマに青味の強い色を与える。酸化状態において、活性ポリマは、弱い空色がかった線の色（ｗｅａｋ ｓｋｙ−ｂｌｕｉｓｈ ｌｉｎｅ ｏｆ ｃｏｌｏｒ）を帯びた殆ど透明になる。ＰＳＳは、可視光の波長で完全に透明に見える。

図５を参照すると、図１および２の光活性化電力指示器１００の一実施形態として直列レセプタ回路３００が示されている。概略的に、直列レセプタ回路３００は仮想ボックス内に示されている。直列レセプタ回路３００において、高抵抗フォトレジスタ３０５と指示器１３０とが直列で電気的に結合されている。第１ノード３２５は、指示器１３０に電気的に結合された第１端子１２０を備えてよい。あるいは、第１ノードは、ディスプレイ抵抗３５０に電気的に結合されたリーク抵抗３１５をさらに備えてよい。第２ノード３３０は、高抵抗フォトレジスタ３０５に電気的に結合された第２端子１２５を備えてよい。第３ノード３３５は、高抵抗フォトレジスタ３０５に電気的に結合された指示器１３０を備えてよい。あるいは、第３ノードは、指示器１３０および高抵抗フォトレジスタ３０５に電気的に結合されたリーク抵抗３１５をさらに備えてよい。第１端子１２０および第２端子１２５は、蓄電デバイス１０５に電気的に結合されてよい。

高抵抗フォトレジスタ３０５は、高抵抗フォトレジスタ３０５が電磁スペクトル３２０の応答スペクトル内の波長に晒されない場合は高抵抗を有し、高抵抗フォトレジスタ３０５が電磁スペクトル３２０の応答スペクトル内の波長に晒される場合は低抵抗を有し、また、高抵抗フォトレジスタ３０５の電磁スペクトル３２０の応答スペクトル内の波長の強度および／またはそれへの露出に依存する中間抵抗（すなわち、高抵抗と低抵抗との間にある抵抗）を有する感光デバイスである。高抵抗フォトレジスタ３０５の高抵抗は、直列レセプタ回路３００のオフ表示状態であって、指示器１３０が蓄電デバイス１０５の充電状態を表示することを許容しなくてよい。高抵抗フォトレジスタ３０５の低抵抗および／または中間抵抗は、直列レセプタ回路３００のオン表示状態でよく、これにより、指示器１３０が蓄電デバイス１０５の充電状態を表示することを許容してよい。

リーク抵抗３１５は、フォトレジスタがオフ表示状態にある場合に、高抵抗フォトレジスタ３０５を流れる小さな漏れ電流が指示器１３０を作動させることを防止するために直列レセプタ回路３００内で使用されてよい。リーク抵抗３１５は、指示器１３０と並列に電気的に結合されてよい。リーク抵抗３１５の抵抗の大きさは、高抵抗フォトレジスタ３０５の特性の設定にほぼ基づいて決められてよい。リーク抵抗３１５の大きさは、蓄電デバイス１０５が使用されていない間、電流が「リークする」ことを防止し、または、高抵抗フォトレジスタ３０５を通って電荷が流れること、および蓄電デバイス１０５から電力が排出されることを防止するために決定されればよい。リーク抵抗３１５は、約５００キロオーム（ｋΩ）から約２メガオーム（ＭΩ）まででよく、より好ましくは約１ＭΩでよい。

一例として、硫化カドミウム感光デバイスは、約１０ＭΩを超えてよい。感光デバイスの抵抗が高い場合、非常に小さな電流しか感光デバイスを流れない。例えば、感光デバイスの抵抗が高いと、１．５ボルトのアルカリ電池から約１５０ナノアンペア（ｎＡ）未満の電流が流れ得る。感光デバイスのこのような応答は、指示器１３０へ低電圧を提供し得る。指示器１３０へのこのような低電圧は、指示器１３０のオフ表示状態または非導電状態を提供し、蓄電デバイス１０５の貯蔵寿命を長くすることができる。硫化カドミウム感光デバイスの低抵抗は、約１ｋΩと約１００ｋΩの間でよく、また、応答スペクトル内の波長の約１０ルクスと約１０００ルクス以上の間の強度に対応すればよい。高抵抗フォトレジスタ３０５の低抵抗は、指示器１３０のオン表示状態と同じでよい。

図５をさらに参照すると、高抵抗フォトレジスタ３０５は、その電気的特性として、抵抗を有する感光デバイスである。高抵抗フォトレジスタ３０５は、直列レセプタ回路３００内でフォトトランジスタと交換してよい。フォトトランジスタは、その電気的特性として電流を備えた感光デバイスである。フォトトランジスタは、高抵抗フォトレジスタ３０５が行うように抵抗を変化させる代わりに、応答スペクトル内の波長に応答して第３ノード３３５および第２ノード３３０間の電流を変化させてよい。さらに、図５の感光デバイスは、必要であれば、蓄電デバイス１０５から直接電力の供給を受けてよい。例えば、フォトトランジスタであれば、直列レセプタ回路３００内で電気的に結合するために、第２ノード３３０および第３ノード３３５よりも多くが必要となり、蓄電デバイス１０５への直接の第３接続（図示せず）が必要となり得る。

図６を参照すると、図１および２の光活性化電力指示器１００の他の一実施形態として並列レセプタ回路４００が示されている。概略的に、並列レセプタ回路４００は仮想ボックス内に示されている。並列レセプタ回路４００において、低抵抗フォトレジスタ４０５と指示器１３０が並列に電気的に結合されている。第１ノード３２５は、いずれも互いに電気的に結合された、第１端子１２０、指示器１３０および低抵抗フォトレジスタ４０５を含んでよい。あるいは、第１ノード３２５は、第１端子１２０に電気的に結合されたディスプレイ抵抗３５０、指示器１３０および低抵抗フォトレジスタ４０５をさらに備えてよい。第２ノード３３０は、リーク抵抗３１５に電気的に結合された第２端子１２５を備えてよく、または他の一実施形態において、第２ノードは、リーク抵抗３１５を必要とすることなく第３ノード３３５に電気的に結合されてよい。第３ノード３３５は、いずれも互いに電気的に結合された、指示器１３０、低抵抗フォトレジスタ４０５およびリーク抵抗３１５を備えてよい。

低抵抗フォトレジスタ４０５は、低抵抗フォトレジスタ４０５が電磁スペクトル３２０の応答スペクトル内の波長に晒されない場合は低抵抗を有し、低抵抗フォトレジスタ４０５が電磁スペクトル３２０の応答スペクトル内の波長に晒される場合は高抵抗を有し、また、低抵抗フォトレジスタ４０５の電磁スペクトル３２０の応答スペクトル内の波長の強度および／またはそれへの露出に依存する中間抵抗（すなわち、高抵抗と低抵抗との間にある抵抗）を有する感光デバイスである。低抵抗フォトレジスタ４０５の低抵抗は、並列レセプタ回路４００のオフ表示状態であって、指示器１３０が蓄電デバイス１０５の充電状態を表示することを許容しなくてよい。低抵抗フォトレジスタ４０５の高抵抗および／または中間抵抗は、並列レセプタ回路４００のオン表示状態でよく、これにより、指示器１３０が蓄電デバイス１０５の充電状態を表示することを許容してよい。

低抵抗フォトレジスタ４０５は、並列レセプタ回路４００内でフォトトランジスタと交換してよい。フォトトランジスタであれば、抵抗を変化させる代わりに、応答スペクトル内の波長に応答して第１ノード３２５および第３ノード３３５間の電流を変化させるであろう。さらに、図６の感光デバイスは、必要であれば、蓄電デバイス１０５から直接電力の供給を受けてよい。例えば、フォトトランジスタであれば、並列レセプタ回路４００内で電気的に結合するために、第１ノード３２５および第３ノード３３５よりも多くが必要となり、蓄電デバイス１０５への直接の第３接続が必要となり得る。

オフ表示状態において、指示器１３０はオフであり蓄電デバイス１０５からいかなる電流も利用しなくてよい。リーク抵抗３１５は、指示器１３０と低抵抗フォトレジスタ４０５との並列な組み合わせと直列に電気的に結合されてよい。リーク抵抗３１５のサイズは、非常に小さなスタンバイ電流が低抵抗フォトレジスタ４０５を通過することを保証するように決定されてよい。並列レセプタ回路４００において、リーク抵抗３１５は、蓄電デバイス１０５から電流が並列レセプタ回路４００内へ流出することを防止するために約１．５ＭΩを上回るとよい。

光活性化電力指示器１００は、図５および図６に示すように、ディスプレイ抵抗３５０をさらに備えるとよい。このディスプレイ抵抗３５０は、高抵抗フォトレジスタ３０５または低抵抗フォトレジスタ４０５が応答スペクトル内の波長に晒されていない場合に、指示器１３０への電流の量を制限して指示器１３０がオンにならないこと、すなわち、蓄電デバイス１０５の充電状態を表示しないことを保証するために使用されるとよい。換言すると、ディスプレイ抵抗３５０は、感光デバイスが応答スペクトルの一つまたは複数の波長に晒されていない場合、または応答スペクトルは存在するが感光デバイスを作動させる程には強度が高くない場合に、指示器１３０を非活性化するために使用され得る。ディスプレイ抵抗３５０のサイズも、応答スペクトル内の波長がそれぞれのスペクトル閾値を上回る、かつ／または、下回る場合に、指示器１３０への電流を止める、または制限するために決定されてもよい。例えば、各スペクトル閾値は、指示器１３０の作動に必要な定常光の最小量が約１０ルクスから約５０ルクスの範囲内にあればよい。この例は、応答スペクトルが定常光の範囲内にある波長を含むことを前提とする。換言すると、スペクトル閾値は、（どのタイプの感光デバイスおよびレセプタ回路構成が存在するかによるが）指示器１３０をオンさせることができないほど低すぎる、または高すぎる応答スペクトル内波長の電磁放射制限を規定してよい。このことは、光活性化電力指示器１００が蓄電デバイス１０５から電力を排出させないことを保証する。さらに、ディスプレイ抵抗３５０のサイズは、間接光が存在する場合に指示器１３０がオンとなることを可能にするように決定されてもよい。間接光は、表面からの反射光を含んでよいが、光源からの直接（例えば視線）の光を含まない。

他の一実施形態において、例えば図１に示すような光活性化電力指示器１００を有する少なくとも一つの蓄電デバイス１０５を収納する輸送包装は、応答スペクトル内の波長（例えば不可視スペクトル）に対しては不透明であって、他の電磁スペクトルに対して透明であってよい。高抵抗フォトレジスタ３０５および／または低抵抗フォトレジスタ４０５には、シリコンまたは上述したような他の材料がドープされていてもよい。本実施形態において、高抵抗フォトレジスタ３０５および／または低抵抗フォトレジスタ４０５のシリコンドーピングは、応答スペクトル内の波長に対し、電磁スペクトル３２０の不可視スペクトルを備えるよう要求する。この構成により、バッテリは感光デバイスを含むことが可能になり、輸送包装内で電磁スペクトル３２０の可視スペクトルとともに見られるようになるが、光活性化電力指示器１００がオンになる（活性化される）ことは防止される。このような不必要な活性化を防止することにより、本実施形態は、貯蔵の間に指示器１３０および蓄電デバイス１３５の耐用年数が短くなることを防止することができる。換言すると、光活性化電力指示器１００が応答スペクトル内の波長に晒されていない場合、光活性化電力指示器１００は非活性化される。非活性化されると、光活性化電力指示器は、蓄電デバイス１０５の貯蔵寿命を短縮しないように、蓄電デバイス１０５から電力を引き出さないか、またはその電力消費を低減する。例えば、指示器１３０の耐用年数は、非活性化状態で約１０年以上、活性化状態で約１ヶ月であり得る。

図７は、蓄電デバイス１０５に固定されたラベル７００を示す。光活性化電力指示器１００は、上述したラベル７００に固定され、かつ、一つまたは複数の光活性化電力指示器１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆにセグメント化されてよい。ラベル７００が蓄電デバイス１０５へ固定されると、第１端子１２０および第２端子１２５は、光活性化電力指示器１００を蓄電デバイス１０５へ電気的に結合する。ラベル７００は、ラベル７００を蓄電デバイス１０５へ固定するための取り付けタブ（図示せず）または他の構造を含んでよい。一実施形態において、ラベル７００は、接着剤または摩擦嵌合によりバッテリの外部形状へ固定または形成されてよい。あるいは、他の一実施形態において、ラベル７００は、蓄電デバイス１０５の形状に適合するため、蓄電デバイス１０５を覆うように配置されて熱活性化により収縮してラベル７００を固定する収縮可能な材料でもよい。さらに他の一実施形態において、ラベル７００は、化学的または光学的に活性化されて硬化しラベル７００に、蓄電デバイス１０５に固定する硬化性材料からなるものでもよい。

図７をさらに参照すると、光活性化電力指示器１００は、蓄電デバイス１０５の充電状態またはエネルギレベル（例えば電力、電圧または電流の量）の画像表示を提供するために使用されてよい。画像表示は、グラジュエイトバー（ｇｒａｄｕａｔｅｄ ｂａｒ）、グラジュエイト円グラフ、数値表示、色彩が変化する指示器、またはセグメント化されたストリップ７０５の態様でよい。一実施形態において、セグメント化されたストリップ７０５は、蓄電デバイス１０５の様々な充電状態（例えばエネルギのレベル、エネルギの閾値またはエネルギの量）を指示するように構成されてよい。例えば、セグメント化されたストリップ７０５は、蓄電デバイス１０５が消尽された時に蓄電デバイス１０５の充電状態（すなわち、残っているエネルギまたは電力）の監視を可能にしてよい。セグメント化されたストリップ７０５のセグメントは、バッテリ状況の所望の情報をユーザに提供するため別個の電子回路によって順次にまたは累積的に活性化されてよい。さらに、セグメント化されたストリップ７０５のセグメントは、左から右へ活性化されてもよいし、右から左へ活性化されてもよいし、セグメント化されたストリップ７０５の中央から両端へ活性化されてもよいし、または両端から中央へ活性化されてもよい。一実施形態において、光活性化電力指示器１００のセグメントは、一つまたは複数の光活性化電力指示器１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆでよく、第１端子１２０および第２端子１２５を介して蓄電デバイス１０５へ電気的に結合される。図７は、６つの光活性化電力指示器１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆを示すが、図７に示す実施形態は６つの光活性化電力指示器１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆにのみに限定されるものではないことを理解されたい。

セグメント化されたストリップ７０５のセグメントは、バッテリ状況の所望の情報をユーザに提供するため別個の電子回路によって順次にまたは累積的に活性化されてよい。ディスプレイおよびセグメントの制御電子回路の全セットは、光活性化電力指示器１００からの制御によって作動され、または動作を停止される。

次に図８を参照すると、オペアンプレセプタ回路８００が示されている。オペアンプレセプタ回路８００は、反転増幅構成のオペアンプ８１０を備える。本実施形態において、感光デバイスはフォトダイオード８０５であり、オペアンプ８１０の反転増幅構成とフォトダイオード８０５は、オペアンプ８１０の負帰還ループの一部であり、また、トランス抵抗増幅器回路として知られていてもよい。本実施形態において、フォトダイオード８０５は、応答スペクトル内の波長の照射に晒されると、フォトダイオード電流を生成する。オペアンプ８１０は、フォトダイオード電流を出力電圧８３５へ変換し、出力電圧８３５は変換指示器１３０に電力を供給するために使用される。第１電力接続８２０および第２電力接続８２５は、オペアンプ８１０のための電力を供給する。正入力８５０は、分圧器として動作する、第１閾値抵抗８４０および第２閾値抵抗８４５によって閾値電圧へ設定される。オペアンプ８１０は利得抵抗８１５でストラップ（ｓｔｒａｐ）される。フォトダイオード８０５が電磁スペクトル３２０の応答スペクトルによって活性化されると、反転入力８３０における電圧は、正入力８５０で分圧器によって設定された閾値電圧を下回り、正入力８５０における閾値電圧を反転入力８３０におけるフォトダイオード電流と比較することにより、オペアンプ８１０は比較器として動作し、指示器１３０への出力電圧８３５を約ゼロボルトからほぼ蓄電デバイス１０５の電圧へターンオンする。参照によりその全てが本明細書に取り込まれる、オランダ・デルフトのデルフト工科大学のＪｅｒｏｅｎ Ｆｏｎｄｅｒｉｅ， Ｍａｒｉｎｕｓ Ｇ． Ｍａｒｉｓ， Ｊｏｈａｎ Ｈ． Ｈｕｉｊｓｉｎｇによる「１−Ｖｏｌｔ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｗｉｔｈ Ｒａｉｌ−ｔｏ−Ｒａｉｌ Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｏｕｔｐｕｔ Ｒａｎｇｅｓ」に記載されるように、オペアンプ８１０のレール・ツー・レールの出力電圧は、オペアンプ８１０の出力電圧８３５にとって好ましい。利得抵抗８１５は、使用される特定のフォトダイオード８０５を構成するように調整され、またはサイズ決めされるとよい。換言すると、利得抵抗８１５のサイズは、オペアンプレセプタ回路８００が晒されるような推定応答スペクトルのためにフォトダイオード８０５から最大のパフォーマンスを取得するために決定されてよい。蓄電デバイス１０５が微小光状態にある（低強度、または応答スペクトルへの最小の露出）場合、オペアンプレセプタ回路８００は出力電圧８３５を約ゼロ電圧に、または指示器１３０の活性化閾値をほぼ下回るよう（例えば約０．３−０．４Ｖ）に維持する。フォトダイオード８０５が電磁スペクトル３２０に晒され、かつ、電磁スペクトル３２０が応答スペクトルを含む場合、オペアンプ８１０の出力電圧８３５は、蓄電デバイス１０５の電圧に近い電圧に切り替わり、指示器１３０を活性化して蓄電デバイス１０５の充電状態を表示する。

光活性化電力指示器は、光活性化電力指示器に電力が供給される時を決定するために感光デバイスを使用する。これにより、蓄電デバイスがその貯蔵されたエネルギを消尽した時期、または殆ど消尽しようとする時期を決定する際に助力となることをユーザが必要とする時にのみ使用するために指示器の限られた寿命が温存され得ることが保証される。光活性化電力指示器は、指示器および蓄電デバイスの「貯蔵寿命」を伸ばす。このことにより、自身を稼働させるための電力を蓄電デバイスから引き出してよい光活性化電力指示器が、必要な場合にのみ給電されて蓄電デバイスからは不必要にエネルギを引き出さないということも保証される。光活性化電力指示器は、蓄電デバイスの充電状態を決定するために、ユーザ側の光活性化電力指示器のいかなる部分または部品の作動または起動を必要としない。

「実質的に」および「約」の用語は、本明細書において 定量比較、定量値、定量的測定または他の定量的表現に起因し得る固有の不確実性の程度を表すために利用されてよい点に留意されたい。これらの用語はまた、本明細書において論争中の主題の基本機能における変化をもたらすことなく、表明された参照から定量的表現が変化し得る程度を表現するためにも利用される。

特定の用語は、本開示において便宜のためのみに使用され、本発明を限定するものではない。「左」、「右」、「前」、「後」「頂部」、「底部」、「上方」および「下方」の単語は、言及がなされる図面中の方向を指示する。専門用語は、上述の単語の他、それらの派生語および同様の趣旨の単語を含む。

本明細書に開示の寸法および値は、記載された正確な数値に厳密に限定されるものとして理解されるべきではない。むしろ、とくに指定されない限り、そのような寸法の各々は、記載の値およびその値の周囲の機能的に同等な範囲の両方を意味するように意図される。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味するように意図されている。

相互参照や関連する特許または特許出願を含む文献を本明細書において引用した場合、これらの文献は、明確に除外したり他の限定を加えたりしたものでない限り、いずれもその全体を参照により本明細書に取り込んだものとする。いかなる文献の引用も、本明細書で開示されまたは権利主張された発明に関して先行技術であることも、単独もしくは他のいかなる文献との組み合わせにおいても本願発明を教示し示唆し開示することをも承認するものではない。さらに、本明細書における用語のなんらかの意味または定義が、引用により取り込まれた文書における同一の用語のなんらかの意味または定義に抵触する程度において、本明細書における用語に与えられた意味または定義が優先する。

本発明の特定の実施の形態を図示および説明したが、さまざまな他の変更および改良を本発明の技術的思想および技術的範囲から離れることなく行うことができることは、当業者にとって自明である。したがって、本発明の技術的範囲に包含されるすべてのそのような変更および改良は、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

Claims (13)

1. 指示器と、
   前記指示器に電気的に結合される感光デバイスであって、応答スペクトル内の一つまたは複数の波長に晒されると変化する電気的特性を備える感光デバイスを備えるレセプタ回路と、
   前記レセプタ回路の第１端に電気的に結合された第１端子と、
   前記レセプタ回路の第２端に電気的に結合された第２端子と、
   を備え、
   前記第１端子および前記第２端子は、蓄電デバイスに結合され、
   前記指示器は、前記感光デバイスが前記応答スペクトル内の一つまたは複数の波長に晒された場合に、前記蓄電デバイスの充電状態を指示する、
   光活性化電力指示器。
2. 前記応答スペクトルは、一つもしくは複数の不可視波長の電磁スペクトル、または、一つもしくは複数の可視波長の電磁スペクトルを備える、請求項１に記載の光活性化電力指示器。
3. 第１の側にレセプタ回路が結合され、第２の側が前記蓄電デバイスに結合される基板をさらに備える、請求項１または２に記載の光活性化電力指示器。
4. 前記感光デバイスは前記指示器の上に印刷される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光活性化電力指示器。
5. 前記指示器は、エレクトロクロミックディスプレイ、サーモクロミックディスプレイ、エレクトロウェッティングディスプレイ、構造色ディスプレイ、電気泳動ディスプレイおよび静電ディスプレイの少なくとも一つを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光活性化電力指示器。
6. 前記レセプタ回路は反転増幅構成のオペアンプをさらに備え、前記感光デバイスはフォトダイオードを備え、前記フォトダイオードは前記オペアンプの負帰還ループの一部である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光活性化電力指示器。
7. 前記レセプタ回路は、信号調整器または比較回路をさらに備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光活性化電力指示器。
8. 前記レセプタ回路は、前記指示器と並列なリーク用抵抗器をさらに備え、前記感光デバイスは前記指示器と直列であり、前記感光デバイスは高抵抗のフォトレジスタである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光活性化電力指示器。
9. 前記レセプタ回路は、前記指示器と前記感光デバイスとの並列な組み合わせと直列なリーク抵抗器をさらに備え、前記感光デバイスは低抵抗のフォトレジスタである、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光活性化電力指示器。
10. 前記レセプタ回路は、前記感光デバイスが一つまたは複数の波長の前記応答スペクトルに晒されていない場合に前記指示器が非活性化するように前記指示器への電流の量を制限するディスプレイ抵抗をさらに備え、前記ディスプレイ抵抗は前記指示器と直列である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光活性化電力指示器。
11. 前記レセプタ回路は、前記感光デバイスが前記応答スペクトルに晒されているが、前記感光デバイスがその電気特性を変化させる程には前記応答スペクトルの強度が強くない場合に前記指示器が非活性化するように前記指示器への電流の量を制限するディスプレイ抵抗をさらに備え、前記ディスプレイ抵抗は前記指示器と直列である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光活性化電力指示器。
12. 前記蓄電デバイスはバッテリであり、前記第１端子は前記バッテリの第１極に電気的に結合され、前記第２端子は、前記バッテリの第２極に電気的に結合される、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光活性化電力指示器。
13. 前記蓄電デバイスはコンデンサであり、前記第１端子は前記コンデンサの正極に電気的に結合され、前記第２端子は、前記コンデンサの負極に電気的に結合される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光活性化電力指示器。

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