JP7467144B2 - 端末表示充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯端末等を充電する端末表示充電装置に関するものである。

例えば下記特許文献１，２等に開示される液晶ディスプレイは、スマートフォンやＰＣ等の端末に広く用いられている。タッチパネル構造を有するスマートフォンやＰＣ等の端末においては、この液晶ディスプレイとタッチパネル構造とを組み合わせたタッチパネルディスプレイを採用することが多い。

タッチパネルディスプレイは、大きく分けて、外付型タッチパネルディスプレイ、オンセル型タッチパネルディスプレイ、インセル型タッチパネルディスプレイの３種類の構造がある。また、同種のタッチパネルディスプレイであっても、メーカーによって積層構造が多少異なる場合もある。

一方、スマートフォンやＰＣ等の端末は、ＡＣ電源のあるところで専用の充電ケーブルを用いてバッテリの充電を行うのが一般的である。またそれ以外にも、例えば下記特許文献３，４に示す充電方式等、様々な充電方式がある。

特開２０１９－０９０９７９号公報 特開２０１５－１１４３７５号公報 特開２０１９－１６１８４７号公報 特開２０１９－１２２０６７号公報

上述の各充電方式では、充電ケーブルや充電器がない場合、あるいは、災害等により停電してしまった場合に、端末のバッテリを充電することができなくなってしまう。

本発明は、上記技術的課題に鑑み、端末のタッチパネルディスプレイを用いて、充電ケーブルや充電器がない場合、あるいは、災害等により停電してしまった場合に、端末のバッテリを充電することを可能とする、端末表示充電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための第１の発明に係る端末表示充電装置は、
端末に設けられる端末表示充電装置であって、
複数色のフィルタを有するカラーフィルタ層を有し画面表示を行うディスプレイを備え、
前記ディスプレイは、
１画素毎に、前記複数色のフィルタとともに２次元配列され、光によって発電した電力を前記端末内のバッテリに充電する発電部を備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決するための第２の発明に係る端末表示充電装置は、
上記第１の発明に係る端末表示充電装置において、
前記発電部は光電池であり、そのマイナス電極が前記ディスプレイの表面側を向くようにして配置される
ことを特徴とする。

上記課題を解決するための第３の発明に係る端末表示充電装置は、
上記第１又は２の発明に係る端末表示充電装置において、
前記ディスプレイは、前記カラーフィルタ層の上層に透明層を有し、
前記透明層には、１画素毎に、前記発電部に対し前記端末の外部からの光を集光する集光部が形成される
ことを特徴とする。

上記課題を解決するための第４の発明に係る端末表示充電装置は、
上記第３の発明に係る端末表示充電装置において、
前記集光部はレンズであり、１画素毎に前記複数色のフィルタの一部を覆うようにして形成される
ことを特徴とする。

上記課題を解決するための第５の発明に係る端末表示充電装置は、
上記第１又は２の発明に係る端末表示充電装置において、
前記ディスプレイの表面に着脱自在な透明層を備え、
前記透明層には、１画素毎に、前記発電部に対し前記端末の外部からの光を集光する集光部が形成される
ことを特徴とする。

上記課題を解決するための第６の発明に係る端末表示充電装置は、
上記第３の発明に係る端末表示充電装置において、
前記集光部はレンズであり、１画素毎に前記複数色のフィルタの一部を覆うようにして形成される
ことを特徴とする。

本発明に係る端末表示充電装置によれば、端末のタッチパネルディスプレイにおいて、タッチパネル機能及びディスプレイ表示機能を有したまま、充電ケーブルや充電器がない場合、あるいは、災害等により停電してしまった場合にも、端末のバッテリを充電することが可能となる。

本発明の実施例１におけるスマートフォン等の端末に用いられる外付型タッチパネルディスプレイの一例を示す模式的断面図である。 本発明の実施例１における第１ガラス基板部分を拡大した模式的断面図である。 本発明の実施例１における第２ガラス基板部分を拡大した模式的断面図である。 本発明の実施例１における第２ガラス基板のガラスの全面を表わす模式的上面図である。 本発明の実施例１における各画素を第２ガラス基板のガラスに重ね合わせた状態を示す模式的上面図である。 本発明の実施例１における１つの画素部分を拡大した模式的上面図である。 本発明の実施例１の他の形態における第２ガラス基板部分を拡大した模式的断面図である。 本発明の実施例１の他の形態における１つの画素部分を拡大した模式的上面図である。 本発明の実施例１の他の形態における第２ガラス基板部分を拡大した模式的断面図である。 本発明の実施例１の他の形態における第２ガラス基板部分を拡大した模式的断面図である。 本発明の実施例１における端末に太陽光等の光が差し込む様子を表わす模式図である。 本発明の実施例２におけるスマートフォン等の端末に用いられる外付型タッチパネルディスプレイ及びフィルムの一例を示す模式的断面図である。 本発明の実施例２におけるフィルムからカラーフィルタ層及び発電部までの部分を拡大した模式的断面図である。 本発明の実施例２における１つの画素部分を拡大した模式的上面図である。

本発明に係る端末表示充電装置は、例えばスマートフォンやＰＣ等の端末に設けられ、表示と充電を並行して行うものである。以下、本発明に係る端末表示充電装置について、実施例にて図面を用いて説明する。

［実施例１］
図１は、スマートフォンやＰＣ等の端末に用いられる外付型タッチパネルディスプレイの一例として、主に、バックライト光源１１、第１偏光板１２、第１ガラス基板１３、液晶層１４、第２ガラス基板１５、第２偏光板１６、タッチパネル層１７の順に積層された状態を示した模式的断面図である。

バックライト光源１１は第１偏光板１２に向けて光を放射するものであり、第１偏光板１２はこのうち第１の偏光方向に偏光した光を透過させるものである。

第１ガラス基板１３には、図２に示すように、ガラス１３Ｃの上部に、後述する各フィルタ（Ｒｆ，Ｇｆ，Ｂｆ）に対応した位置にそれぞれ配置された画素電極１３Ａ、及び、液晶層１４中の液晶に適切な電圧をかけるためのスイッチであるＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）１３Ｂが形成されている。

液晶層１４は、液晶及びスペーサ（図示略）を有しており、第１ガラス基板１３と第２ガラス基板１５とに挟まれるようにして設けられている。なお、スペーサは第１ガラス基板１３と第２ガラス基板１５とのギャップを保持するためのものである。

第２ガラス基板１５には、図３に示すように、ガラス１５Ｃの下部に、カラーフィルタ層１５Ａ及び対向電極１５Ｂが形成されている。カラーフィルタ層１５Ａは、赤色のＲフィルタＲｆ、緑色のＧフィルタＧｆ、及び、青色のＢフィルタＢｆを備えている。これにより赤緑青のカラーコンポーネントを実現することができる。

また、対向電極１５Ｂの下面には、配向膜１５Ｄが印刷されている。配向膜１５Ｄは、液晶層１４の液晶分子をその長手方向がガラス基板１３，１５の平面と略平行になるように束縛するものである。

第２偏光板１６は、液晶層１４及び第２ガラス基板１５を透過した光のうち、第２の偏光方向に偏光した光を（図１における上方に向けて）透過させるものである。また、タッチパネル層１７はタッチパネル機能を有している。

これにより、外付型タッチパネルディスプレイは、画面表示を行うとともに、タッチパネル機能を有する。

なお、ここまでの説明は、従来用いられている外付型タッチパネルディスプレイの構成であるため、その詳細については割愛している。

ここで、図３に示すように、カラーフィルタ層１５Ａは、赤色のＲフィルタＲｆ、緑色のＧフィルタＧｆ、及び、青色のＢフィルタＢｆが平面的に配列されているが、さらに本実施例においては、この各フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆとともに発電部２１が平面的に配列されている。すなわち、発電部２１とカラーフィルタ層１５Ａとは２次元配列される。

発電部２１は、太陽光等の光によって発電する光電池であり、そのマイナス電極（図示略）が、上面（ガラス１５Ｃ側の面、タッチパネルディスプレイ表面側の面）を向くようにして配置されている。また、発電部２１は、充電を制御するチャージコントローラ２２を介して端末内のバッテリ２３に接続している。これにより、発電部２１で発電した電力はバッテリ２３に蓄えられる。

さらに、図３に示すように、カラーフィルタ層１５Ａの上部にあるガラス１５Ｃには、その一部を屈折率の異なる媒質とすることで、端末外部から当該部分を透過する光を発電部２１に集光するレンズＬ（集光部）が形成されている。図３中の破線矢印は、端末のディスプレイに放射された光がレンズＬを透過し、発電部２１に届くまでの光路のイメージである。

図４は、端末に配置される第２ガラス基板１５のガラス１５Ｃ全面の模式的上面図である。２次元配列された複数の画素Ｇ（後述）に対応するようにして、図４に示すように、複数のレンズＬが２次元配列されている。なお、画素Ｇとは各フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆの１つのユニットを指す。

図５は、各画素Ｇをガラス１５Ｃに重ね合わせた状態を示す模式的上面図であり、図６は１つの画素Ｇを拡大した模式的上面図である。図５，６に示すように、発電部２１は、１画素毎に、フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆとともに２次元配列されるものである。さらに、１つの画素Ｇ毎に、レンズＬは発電部２１に対し端末外部からの光を集光するものとなっている。

また、図５，６には、各レンズＬが、それぞれ各画素Ｇ全体を覆うようにして形成されるのではなく、各画素Ｇにおける各フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆの一部がレンズＬから露出するようにして形成された状態が表わされている。

また、図７に示すように、ガラス１５Ｃの集光部として、レンズＬではなくプリズムＰを用いてもよい。プリズムＰは、やはりガラス１５Ｃの一部を屈折率の異なる媒質とすることで、端末外部から当該部分を透過する光を発電部２１に集光するものである。ガラス１５ＣのプリズムＰとそうでない部分との間には境界面Ｓが形成されており、端末外部からこの境界面Ｓに照射された光（の一部）は、発電部２１に集光されることになる。

なお、図７（及び後述の図９，１０）は、図３に対応した図となっているが、図３にて表わしたチャージコントローラ２２及びバッテリ２３については記載を省略している。

また、プリズムＰの配置については、上述したレンズＬの配置と同様、各画素Ｇにおける各フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆの一部がプリズムＰから露出するようにする（図７では分かりづらいが、図５，６と同様にする）。

また、図８は図６に対応する模式的上面図である。図８に示すように、発電部２１のカラーフィルタ層１５Ａに対する配置を変更してもよい。すなわち、図６では、各画素Ｇにおいて、各フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆと平行に並んで発電部２１が配置されているものとしたが、図８では、各フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆの長手方向一端側に、各フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆと直交する角度で、発電部２１が配置されている状態を示している。

図９，１０は、図８のような配置とした場合のレンズＬあるいはプリズムＰの形成位置を示すものであり、それぞれ図３，７に対応している。図８～１０においても、図３～７と同様に、やはり各画素Ｇにおける各フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆの一部が集光部（レンズＬあるいはプリズムＰ）から露出するようにする。

上記構成とした本実施例に係る端末表示充電装置を端末に用いた場合の動作について説明する。

図１１に示すように、本実施例に係る端末表示充電装置を用いた端末１を、ディスプレイ側を表にして保持又は載置した状態で、外部から例えば太陽光（破線矢印）が照射されると、複数設けられた発電部２１（のマイナス電極）がそれぞれこれを受光することになり、発電する。そして、この電力がバッテリ２３にて蓄電される。

また、各集光部を設けることによって、当該集光部によって集光された光が各発電部２１に照射されることになるため、上述した端末１の外部からの光が、太陽光ではなく室内の蛍光灯等から発せられる光であっても、発電部２１によって発電可能となる。

その一方で、１画素Ｇに着目すると、各集光部からカラーフィルタ層１５Ａ、すなわちフィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆが露出している（ただし、ガラス１５Ｃ自体には覆われている）ため、発電（蓄電）と並行して通常のディスプレイ表示を行うことも可能である。

ただし、集光部がレンズＬである場合、各レンズＬがそれぞれ各フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆ全体を覆うようにして形成されるものとしてもよい。これは、画素Ｇ１つ当たりの面積がディスプレイ全体の面積に比べ非常に小さいため、たとえ各フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆから発せられる光がレンズＬによって多少屈折していようとも、ディスプレイ全体から見ればその影響は小さなものとなるためである。

また、発電部２１は、各フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆと同じ平面上に形成されてさえいればよく、その具体的な位置を図３，８に表わす状態に限定する必要はない。ただし、発電部２１の位置にかかわらず、ガラス１５Ｃ中の集光部は、端末１の外部からの光を発電部２１に集光するようにする。

さらに図３，８では、カラーフィルタ層１５が、赤色のＲフィルタＲｆ、緑色のＧフィルタＧｆ、及び、青色のＢフィルタＢｆから構成されているものとしたが、カラーフィルタ層１５は、これらに加えて、例えば、黄色や白等のフィルタが配列されているものであってもよい。また、その配列についても限定する必要はなく、ペンタイル配列等の特殊な配列であってもよい。

本実施例に係る端末表示充電装置を用いた端末によれば、端末のタッチパネルディスプレイにおいて、タッチパネル機能及びディスプレイ表示機能を保持したまま、端末のバッテリ充電を行うことが可能となる。

また、充電ケーブル、充電器、ＡＣ電源等を必要としないため、どのような状況であっても端末のバッテリの充電を行うことができる。

さらに、集光部によって外部からの光を発電部に集光することで発電効率を高めることができるため、太陽光のみならず、例えば室内灯からの光であってもバッテリ充電を行うことができる。

なお、本実施例１で説明したレンズやプリズムについては、カラーフィルタ層の上層が透明基材（透明層）であれば形成することができる。つまり、当該上層が、本実施例で説明したようなガラスでなく例えばプラスチックであっても、その媒質の屈折率を調整することでレンズやプリズムの機能を持たせるようにすれば、本実施例で説明した作用効果と同等の作用効果を奏することができる。

そして、本実施例中に挙げた図３，９には、レンズＬの形状を凸レンズのように表わしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、発電部に向けて集光ができる形状であればよい。

［実施例２］
本実施例は、実施例１の集光部（レンズＬあるいはプリズムＰ）の配置を変更したものである。以下では、実施例１と異なる部分を中心に説明し、実施例１と同一の部分については極力説明を省略する。

図１２は、図１に示した外付型タッチパネルディスプレイにおけるタッチパネル層１７の上部に、フィルム３１を設けたものである。このフィルム３１は、保護フィルムやガラスフィルム等に使用される透明基材から成る透明層である。

また、図１３（実施例１の図３に対応）に示すように、フィルム３１には、その一部を屈折率の異なる媒質とすることで、外部から当該部分を透過する光を発電部２１に集光するレンズＬ′（集光部）が形成されている。なお、１つの画素Ｇ毎に、レンズＬ′は発電部２１に対し外部からの光を集光するものとなっている。一方で、実施例１の第２ガラス基板１５（ガラス１５Ｃ）と異なり、本実施例における第２ガラス基板１５ａ（ガラス１５Ｃａ）には集光部が形成されていない。

さらに、図１４（実施例１の図６に対応）に示すように、各レンズＬ′は、それぞれ各画素Ｇ全体を覆うようにして形成されるのではなく、各画素Ｇにおける各フィルタＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆの一部がレンズＬ′から露出して見えるようにして形成される。なお、実施例１では、図６に対する図８のように、発電部２１の配置を変更した場合も想定して説明したが、この点については本実施例においても同様である。

そして、フィルム３１は（外付型タッチパネルディスプレイにおける）タッチパネル層１７の表面に対して接着及び取り外しを行うことが可能（着脱自在）である。

なお、実施例１と同様に本実施例においても、集光部がレンズではなくプリズムであるものとしてもよい。

そして、本実施例中に挙げた図１３には、レンズＬ′の形状を凸レンズのように表わしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、発電部に向けて集光ができる形状であればよい。

このようにして本実施例では、実施例１同様太陽光あるいは室内灯等によって端末のバッテリ充電を行うことを可能とするとともに、フィルム３１の取り外しが可能であることで、端末を使用しない（画面表示を行わない）ときにフィルム３１を貼りバッテリ充電を行い、端末を使用するときにフィルム３１を取り外すといったこともできる。

なお、実施例１，２では、外付型タッチパネルディスプレイの一例として図１，１２を示したが、本発明はこのような端末に限定されるものではなく、カラーフィルタ層が配置されていればよい。例えば、同じく外付型タッチパネルディスプレイでありながら本実施例とは異なる積層構造となっているようなものであっても、あるいは、外付型タッチパネルディスプレイではなくオンセル型タッチパネルディスプレイやインセル型タッチパネルディスプレイのものであっても、さらには、タッチパネル機能を有さない液晶ディスプレイであっても、本発明を適用することができる。

本発明は、携帯端末等を充電する端末表示充電装置として好適である。

１ 端末
１１ バックライト光源
１２ 第１偏光板
１３ 第１ガラス基板
１３Ａ 画素電極
１３Ｂ ＴＦＴ
１３Ｃ ガラス
１４ 液晶層
１５ 第２ガラス基板
１５Ａ カラーフィルタ層
１５Ｂ 対向電極
１５Ｃ ガラス
１５Ｄ 配向膜
１６ 第２偏光板
１７ タッチパネル層
２１ 発電部
２２ チャージコントローラ
２３ バッテリ
Ｒｆ Ｒフィルタ
Ｇｆ Ｇフィルタ
Ｂｆ Ｂフィルタ
Ｌ レンズ
Ｐ プリズム

Claims (3)

1. 端末に設けられる端末表示充電装置であって、
   複数色のフィルタを有するカラーフィルタ層を有し画面表示を行うディスプレイを備え、
   前記ディスプレイは、
   １画素毎に、前記複数色のフィルタとともに２次元配列され、光によって発電した電力を前記端末内のバッテリに充電する発電部を備え、
   前記ディスプレイは、前記カラーフィルタ層の上層に透明層を有し、
   前記透明層には、１画素毎に、前記発電部に対し前記端末の外部からの光を集光する集光部が形成され、
   前記透明層はディスプレイの表面と平行な層形状であり、
   前記透明層の表面側には、ディスプレイ表面と平行なタッチパネル層が積層されている
   ことを特徴とする端末表示充電装置。
2. 前記発電部は光電池であり、そのマイナス電極が前記ディスプレイの表面側を向くようにして配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の端末表示充電装置。
3. 前記集光部はレンズであり、１画素毎に前記複数色のフィルタの一部を覆うようにして形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の端末表示充電装置。