KR20200136414A - 인광 및 도파관을 사용한 에너지 저장을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

인광 및 도파관을 사용한 에너지 저장을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20200136414A
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wavelength
photovoltaic cell
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알렉스 디긴스
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님버스 엔지니어링 인크.
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Abstract

에너지를 저장하기 위한 시스템 및 방법이 본원에서 제공된다. 광자 배터리 어셈블리는 광원, 인광성 물질, 광기전 전지, 및 도파관을 포함할 수도 있다. 인광성 물질은 광원으로부터 제1 파장의 광 에너지를 흡수할 수 있고, 시간 지연 이후, 제2 파장의 광 에너지를 방출할 수 있다. 광기전 전지는 제2 파장의 광 에너지를 흡수하여 전력을 생성할 수도 있다. 몇몇 사례에서, 제1 도파관은 광원으로부터의 제1 파장의 광 에너지를 인광성 물질로 지향시키도록 구성될 수도 있고 및/또는 제2 도파관은 인광성 물질로부터의 제2 파장의 광 에너지를 광기전 전지로 지향시키도록 구성될 수도 있다.

Description

인광 및 도파관을 사용한 에너지 저장을 위한 시스템 및 방법
[교차 참조]
본 출원은 2018년 3월 5일자로 출원된 미국 가출원 제62/638,646호의 이익을 주장하는데, 이 출원은 모든 목적을 위해 참조에 의해 본원에 완전히 통합된다.
특히, 매우 많은 활동 및 기능이 전력의 지속적인 공급에 의존하는 시대에, 전력의 공급에서의 저하 또는 중단은 매우 바람직하지 않은 결과로 이어질 수도 있다. 최근 몇 년에, 배터리, 수퍼커패시터(supercapacitor), 연료 전지(fuel cell), 및 다른 에너지 저장 디바이스와 같은, 쉽게 액세스 가능한 전력에 대한 급속히 성장하는 시장을 보이고 있다. 그러나, 그러한 에너지 저장 디바이스는 종종 많은 양태에서 제한된다. 예를 들면, 그들은 소정의 동작 조건(예를 들면, 온도, 압력) 하에서 휘발성일 수도 있거나 또는 불안정할 수도 있으며, 효과가 없어질 수도 있거나 또는 안전 위험을 제기할 수도 있다. 몇몇 경우에, 에너지 저장 디바이스 그 자체는, 에너지를 변환 또는 저장하는 하나 이상의 사이클 동안 소비될 수도 있으며, 따라서 제한된 수명을 갖는다. 몇몇 경우에, 충전의 속도가 너무 느려서 전력의 소비 속도를 실질적으로 지원할 수 없을 수도 있거나 또는 충족할 수 없을 수도 있다.
에너지 저장을 위한 신뢰 가능한 시스템 및 방법에 대한 요구가 본원에서 인식된다. 본원에서 개시되는 에너지 저장을 위한 시스템 및 방법은, 종래의 화학적 배터리의 것들에 비해, 우수한, 예를 들면, 대략 100 배 이상 더 빠른 충전 속도를 제공할 수도 있다. 본원에서 개시되는 시스템 및 방법은, 종래의 화학적 배터리의 것들에 비해, 우수한 수명, 예를 들면, 대략 10 배 더 많은 재충전 사이클 또는 더 많은 재충전 사이클을 제공할 수도 있다. 본원에서 개시되는 시스템 및 방법은 휴대용일 수도 있다. 본원에서 개시되는 시스템 및 방법은 상대적으로 차가운 동작 온도 조건에서 안정적이고 효과적일 수도 있다.
본원에서 개시되는 시스템 및 방법은 시간의 유한한 지속 기간 동안 에너지를 저장하기 위해 인광성 물질(phosphorescent material)을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 인광성 물질은 실질적인 시간 지연을 가지고 에너지를 저장 및/또는 변환할 수도 있다. 본원에서 개시되는 시스템 및 방법은, 초기 에너지 소스를 광 에너지의 형태로 제공하기 위해 광원(light source)을 사용할 수도 있다. 광원은 발광 다이오드(light emitting diode; LED)와 같은 인공 광원일 수 있다. 본원에서 개시되는 시스템 및 방법은, 광 에너지로부터 전력을 생성하기 위해 광기전 전지(photovoltaic cell)를 사용할 수도 있다. 에너지 저장을 위한 시스템은, 광원, 인광성 물질, 광기전 전지, 및 광원과 인광성 물질 사이에서 및/또는 광기전 전지와 인광성 물질 사이에서 파(wave)를 유도하는 도파관(waveguide)을 포함할 수도 있다.
한 양태에서, 에너지를 저장하기 위한 시스템이 제공되는데, 그 시스템은: 광원의 표면으로부터 제1 파장의 광 에너지를 방출하도록 구성되는 광원; (i) 제1 파장의 광 에너지를 흡수하도록, 그리고 (ii) 흡수 속도보다 더 느린 속도로, 제2 파장 - 제2 파장은 제1 파장보다 더 큼 - 의 광 에너지를 방출하도록 구성되는 인광성 물질; 인광성 물질에 인접한 광기전 전지 - 광기전 전지는 (i) 제2 파장의 광 에너지를 흡수하도록, 그리고 (ii) 광 에너지로부터 전력을 생성하도록 구성됨 - ; 및 인광성 물질에 인접한 도파관 - 도파관은 (i) 광원으로부터의 제1 파장의 광 에너지를 인광성 물질로 지향시키도록 또는 (ii) 인광성 물질로부터의 제2 파장의 광 에너지를 광기전 전지로 지향시키도록 구성됨 - 을 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 도파관은 광원으로부터의 제1 파장의 광 에너지를 인광성 물질로 지향시키도록 구성되고, 시스템은 인광성 물질로부터의 제2 파장의 광 에너지를 광기전 전지로 지향시키도록 구성되는 제2 도파관을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 제2 도파관 및 인광성 물질은 동심이다(concentric).
몇몇 실시형태에서, 도파관은 광원으로부터의 제1 파장의 광 에너지를 인광성 물질로 지향시키도록 구성되고, 도파관은 광원에 인접한다. 몇몇 실시형태에서, 도파관은 광원과 접촉한다.
몇몇 실시형태에서, 도파관은 인광성 물질로부터의 제2 파장의 광 에너지를 광기전 전지로 지향시키도록 구성되고, 도파관은 광기전 전지에 인접한다. 몇몇 실시형태에서, 도파관은 광기전 전지와 접촉한다.
몇몇 실시형태에서, 도파관은 하나 이상의 반사 표면을 포함하는데, 여기서 반사 표면은 (i) 광원으로부터의 제1 파장의 광 에너지를 인광성 물질로 지향시키도록 또는 (ii) 인광성 물질로부터의 제2 파장의 광 에너지를 광기전 전지로 지향시키도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 도파관은, 도파관 내의 광학적 경로를 따라 점차적으로 커지는 반사 표면을 갖는 복수의 반사 표면을 포함하고, 그 결과, 광원으로부터의 파의 제1 세트는 인광성 물질의 제1 볼륨의 여기를 위해 복수의 반사 표면 중 제1 반사 표면에서 반사되도록 구성되고, 광원으로부터의 파의 제2 세트는 인광성 물질의 제2 볼륨의 여기를 위해 복수의 반사 표면 중 제2 반사 표면에서 반사되도록 구성되고, 인광성 물질의 제2 볼륨은 인광성 물질의 제1 볼륨보다 광원으로부터 더 먼 거리에 배치된다.
몇몇 실시형태에서, 광원은 발광 다이오드(light-emitting diode; LED)이다.
몇몇 실시형태에서, 재충전 가능한 배터리는 광원 및 광기전 전지에 전기적으로 커플링되고, 광기전 전지에 의해 생성되는 전력의 적어도 일부는 재충전 가능한 배터리를 충전하고, 재충전 가능 배터리에 의해 방전되는 전력의 적어도 일부는 광원에 전력을 공급한다.
몇몇 실시형태에서, 인광성 물질은 스트론튬 알루미네이트(strontium aluminate) 및 유로퓸(europium)을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 인광성 물질은 디스프로슘(dysprosium)을 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 인광성 물질은 약 5 마이크로미터 미만의 입자 사이즈를 갖는 그레인(grain)을 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 인광성 물질은 약 20 나노미터 미만의 입자 사이즈를 갖는 그레인을 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 광원은 도파관에 인접하고 도파관과 접촉한다.
몇몇 실시형태에서, 광원은 도파관 및 인광성 물질과 접촉하지 않는다. 몇몇 실시형태에서, 광원은 도파관 및 인광성 물질로부터 멀리 떨어져 위치되는데, 여기서 광원은 도파관과 광학적으로 연통한다.
몇몇 실시형태에서, 시스템은 도파관 상에서 코팅을 더 포함하는데, 여기서 코팅은 도파관 및 인광성 물질과 광학적으로 연통하고, 코팅은 광학 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 광학 필터는 이색성(dichroic) 엘리먼트이다. 몇몇 실시형태에서, 광학 필터는 도파관으로부터의 제1 파장을 갖는 파를 인광성 물질로 전달하도록 그리고 인광성 물질로부터의 제2 파장을 갖는 파를 인광성 물질로 되반사하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 코팅은 도파관 및 인광성 물질과 접촉한다.
다른 양태에서, 에너지를 저장하기 위한 방법이 제공되는데, 그 방법은: (a) 광원의 표면으로부터 제1 파장의 광 에너지를 방출하는 것; (b) 제1 파장의 광 에너지를, 제1 도파관을 통해, 인광성 물질로 지향시키는 것; (c) 제1 파장의 광 에너지의 흡수 속도보다 더 느린 속도로, 인광성 물질에 의해, 제2 파장 - 제2 파장은 제1 파장보다 더 큼 - 의 광 에너지를 방출하는 것; (d) 제2 파장의 광 에너지를, 제2 도파관을 통해, 광기전 전지 - 광기전 전지의 표면은 인광체(phosphor)에 인접함 - 로 지향시키는 것; 및 (e) 제2 파장의 광 에너지로부터 전력을 생성하는 것을 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 제2 도파관 및 인광성 물질은 동심이다.
몇몇 실시형태에서, 제1 도파관은 광원에 인접한다.
몇몇 실시형태에서, 제2 도파관은 광기전 전지에 인접한다.
몇몇 실시형태에서, 제1 도파관은 하나 이상의 반사 표면을 포함하는데, 여기서 반사 표면은 광원으로부터의 제1 파장의 광 에너지를 인광성 물질로 지향시키도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 제1 도파관은, 제1 도파관 내의 광학적 경로를 따라 점차적으로 커지는 반사 표면을 갖는 복수의 반사 표면을 포함하고, 그 결과, 광원으로부터의 파의 제1 세트는 인광성 물질의 제1 볼륨의 여기를 위해 복수의 반사 표면 중 제1 반사 표면에서 반사되도록 구성되고, 광원으로부터의 파의 제2 세트는 인광성 물질의 제2 볼륨의 여기를 위해 복수의 반사 표면 중 제2 반사 표면에서 반사되도록 구성되고, 인광성 물질의 제2 볼륨은 제1 볼륨보다 광원으로부터 더 먼 거리에 배치된다.
몇몇 실시형태에서, 광원은 발광 다이오드(LED)이다.
몇몇 실시형태에서, 재충전 가능한 배터리는 광원 및 광기전 전지에 전기적으로 커플링되고, 광기전 전지에 의해 생성되는 전력의 적어도 일부는 재충전 가능한 배터리를 충전하고, 재충전 가능 배터리에 의해 방전되는 전력의 적어도 일부는 광원에 전력을 공급한다.
몇몇 실시형태에서, 인광성 물질은 스트론튬 알루미네이트 및 유로퓸을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 인광성 물질은 디스프로슘을 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 인광성 물질은 약 5 마이크로미터 미만의 입자 사이즈를 갖는 그레인을 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 인광성 물질은 약 20 나노미터 미만의 입자 사이즈를 갖는 그레인을 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 광원은 제1 도파관과 접촉한다.
몇몇 실시형태에서, 광원은 제1 도파관 및 인광성 물질과 접촉하지 않는다. 몇몇 실시형태에서, 광원은 제1 도파관 및 인광성 물질로부터 멀리 떨어져 위치되는데, 여기서 광원은 제1 도파관과 광학적으로 연통한다.
몇몇 실시형태에서, 제1 도파관은 제1 도파관 상에서 코팅을 포함하는데, 여기서 코팅은 제1 도파관 및 인광성 물질과 광학적으로 연통하고, 코팅은 광학 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 광학 필터는 이색성 엘리먼트이다. 몇몇 실시형태에서, 광학 필터는 제1 도파관으로부터의 제1 파장을 갖는 파를 인광성 물질로 전달하도록 그리고 인광성 물질로부터의 제2 파장을 갖는 파를 인광성 물질로 되반사하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 코팅은 도파관 및 인광성 물질과 접촉한다.
다른 양태에서, 무선 충전을 위한 방법이 제공되는데, 그 방법은: (a) 배터리 어셈블리를 제공하는 것 - 배터리 어셈블리는: (i) 제1 파장의 광 에너지를 흡수하도록, 그리고 (ii) 흡수 속도보다 더 느린 속도로, 제2 파장 - 제2 파장은 제1 파장보다 더 큼 - 의 광 에너지를 방출하도록 구성되는 인광성 물질; 인광성 물질에 인접한 광기전 전지 - 광기전 전지는 (i) 제2 파장의 광 에너지를 흡수하도록, 그리고 (ii) 광 에너지로부터 전력을 생성하도록 구성됨 - ; 및 인광성 물질에 인접한 도파관 - 도파관은 (i) 광원으로부터의 제1 파장의 광 에너지를 인광성 물질로 지향시키도록 또는 (ii) 인광성 물질로부터의 제2 파장의 광 에너지를 광기전 전지로 지향시키도록 구성됨 - 을 포함함 - ; 및 (b) 광원으로부터의 제1 파장의 광 에너지를 도파관으로 제공하는 것을 포함하는데, 여기서 광원은 도파관 및 인광성 물질과 접촉하지 않으며, 광원은, 광원의 표면으로부터 제1 파장의 광 에너지를 방출하고, 그에 의해, 배터리 어셈블리를 충전하는 도파관과 광학적으로 연통한다.
본 개시의 다른 양태는, 하나 이상의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 상기의 또는 본원의 다른 곳에서의 방법 중 임의의 것을 구현하는 머신 실행 가능 코드를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 제공한다.
본 개시의 다른 양태는 하나 이상의 컴퓨터 프로세서 및 그에 커플링되는 컴퓨터 메모리를 포함하는 시스템을 제공한다. 컴퓨터 메모리는, 하나 이상의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 상기의 또는 본원의 다른 곳에서의 방법 중 임의의 것을 구현하는 머신 실행 가능 코드를 포함한다.
본 개시의 추가적인 양태 및 이점은, 본 개시의 예시적인 실시형태만이 도시되고 설명되는 하기의 상세한 설명으로부터 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 용이하게 명백해질 것이다. 인식될 바와 같이, 본 개시는 다른 및 상이한 실시형태가 가능하며, 그 몇몇 세부 사항은, 모두 본 개시로부터 벗어나지 않으면서, 다양하고 명백한 관점에서 수정될 수 있다. 따라서, 도면 및 설명은, 사실상, 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
[참조에 의한 통합]
본원에서 언급되는 모든 간행물, 특허, 및 특허 출원은, 각각의 개개의 간행물, 특허, 또는 특허 출원이 구체적으로 그리고 개별적으로 참조에 의해 통합되도록 나타내어진 것과 동일한 정도로 참조에 의해 본원에 통합된다.
본 발명의 신규의 피쳐는 첨부된 청구범위에서 상세하게 기술된다. 본 발명의 피쳐 및 이점의 더 나은 이해는, 본 발명의 원리가 활용되는 예시적인 실시형태를 기술하는 하기의 상세한 설명, 및 그 첨부하는 도면(또한 본원에서 "도(Figure)" 및 "도(Fig.)")에 대한 참조에 의해 획득될 것이다:
도 1은 예시적인 광자 배터리 어셈블리(photon battery assembly)를 도시한다.
도 2는 전기 부하와 연통하는 광자 배터리를 도시한다.
도 3은 적용시의 예시적인 광자 배터리 어셈블리를 도시한다.
도 4a는 도파관을 갖는 광자 배터리 어셈블리를 예시한다.
도 4b는 광학 필터를 포함하는 코팅을 갖는 광자 배터리 어셈블리를 예시한다.
도 5는 도파관을 갖는 다른 광자 배터리 어셈블리를 예시한다.
도 6은 도파관을 갖는 다른 광자 배터리 어셈블리를 예시한다.
도 7은 복수의 광자 배터리 어셈블리의 스택을 도시한다.
도 8은 중공 코어 도파관(hollow core waveguide)을 갖는 광자 배터리 어셈블리 스택에 대한 다른 구성의 분해도를 도시한다.
도 9는 도 8의 광자 배터리 어셈블리 스택의 부분 측단면도를 예시한다.
도 10은 광자 배터리에 에너지를 저장하는 방법을 예시한다.
도 11은 본 개시의 시스템 및 방법을 구현하도록 구성되는 컴퓨터 시스템을 도시한다.
본 발명의 다양한 실시형태가 본원에서 도시되고 설명되지만, 그러한 실시형태는 단지 예로서 제공된다는 것이 기술 분야의 숙련된 자에게는 명백할 것이다. 본 발명을 벗어나지 않으면서, 기술 분야의 숙련된 자는 수많은 변형, 변경, 및 치환을 떠올릴 수도 있을 것이다. 본원에서 설명되는 본 발명의 실시형태에 대한 다양한 대안예가 활용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
에너지 저장을 위한 시스템 및 방법이 본원에서 제공된다. 본원에서 개시되는 시스템 및 방법은, 예컨대 인광성 물질의 시간 지연된 재방출 속성(property)을 사용하는 것에 의해, 시간의 상당한 지속 기간에 걸쳐 에너지를 저장하기 위해 인광성 물질을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 인광성 물질은 실질적인 시간 지연을 가지고 에너지를 저장 및/또는 변환할 수도 있다. 광원은 초기 에너지 소스를 광 에너지의 형태로 인광성 물질에 제공할 수 있다. 예를 들면, 인광성 물질은 제1 파장에서 광원으로부터 광 에너지를 흡수할 수도 있고, 시간 지연 이후, 제2 파장의 광 에너지를 방출할 수도 있다. 광원은 발광 다이오드(LED)와 같은 인공 광원일 수 있다. 광기전 전지는, 광 에너지로부터, 예컨대 인광성 물질에 의해 방출되는 제2 파장의 광 에너지로부터 전력을 생성할 수 있다. 도파관은, 제1 파장의 광원으로부터의 광 에너지를 광원과 인광성 물질 사이에서 및/또는 제2 파장의 광 에너지와 같은 파를 인광성 물질과 광기전 전지 사이에서 지향시킬 수도 있다. 그러한 도파관은 에너지 저장 시스템의 에너지 밀도를 증가시킬 수도 있고 소형화를 증진시킬 수도 있다. 유익하게, 그러한 도파관은 인광성 물질과 광원 및 광기전 전지 사이의 시간 지연 광 에너지 전달의 효율성을 크게 증가시킬 수도 있을 뿐만 아니라, 이용 가능한 인광성 물질의 효율적인 사용을 용이하게 할 수도 있다.
본원에서 개시되는 에너지 저장을 위한 시스템 및 방법은, 종래의 화학적 배터리의 것들에 비해, 우수한, 예를 들면, 대략 100 배 이상 더 빠른 충전 속도를 제공할 수도 있다. 본원에서 개시되는 시스템 및 방법은, 종래의 화학적 배터리의 것들에 비해, 우수한 수명, 예를 들면, 대략 10 배 더 많은 재충전 사이클 또는 더 많은 재충전 사이클을 제공할 수도 있다. 본원에서 개시되는 시스템 및 방법은 휴대용일 수도 있다. 본원에서 개시되는 시스템 및 방법은 상대적으로 차가운 동작 온도 조건에서 안정적이고 효과적일 수도 있다.
이제, 도면에 대한 참조가 이루어질 것이다. 도면 및 도면에서의 피쳐는 반드시 일정한 비율로 묘화되는 것은 아니다는 것이 인식될 것이다.
도 1은 예시적인 광자 배터리 어셈블리를 도시한다. 광자 배터리 어셈블리(100)는 광원(101), 인광성 물질(102), 및 광기전 전지(103)를 포함할 수 있다. 인광성 물질은 광원 및 광기전 전지 둘 모두에 인접할 수도 있다. 예를 들면, 인광성 물질은 광원 및 광기전 전지에 의해 샌드위치될 수 있다. 인광성 물질은 광원과 광기전 전지 사이에서 있을 수 있다. 도 1이 광원, 인광성 물질, 및 광기전 전지를 수직 스택으로서 도시하지만, 그 구성은 그러한 것으로 제한되지는 않는다. 예를 들면, 광원, 인광성 물질, 및 광기전 전지는 수평으로 적층될 수 있거나 또는 동심으로(concentrically) 적층될 수 있다. 광원과 광기전 전지는 서로 인접할 수도 있거나 또는 인접하지 않을 수도 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은 광원의 발광 표면에 인접할 수 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은 광기전 전지의 광 흡수 표면에 인접할 수 있다.
인광성 물질(102)과 광원(101) 사이의 접촉에 관계없이, 인광성 물질과 광원은 광학적으로 연통될 수도 있다. 예를 들면, 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, 인광성 물질 및 광원은 도파관을 통해 광학적으로 연통될 수도 있다. 인광성 물질과 광기전 전지(103) 사이의 접촉에 관계없이, 인광성 물질 및 광기전 전지는 광학적으로 연통될 수도 있다. 예를 들면, 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, 인광성 물질 및 광기전 전지는 도파관을 통해 광학적으로 연통될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 동일한 도파관은 인광성 물질과 광기전 전지 사이 및 인광성 물질과 광원 사이의 광학적 연통을 용이하게 하도록 구성될 수도 있다.
인광성 물질(102)은 광원(101)과 접촉할 수도 있거나 또는 접촉하지 않을 수도 있다. 인광성 물질과 광원이 접촉하는 경우, 인광성 물질은 광원의 발광 표면과 인터페이싱할 수 있다. 인광성 물질 및 광원은, 예컨대 체결 메커니즘(fastening mechanism)을 통해 계면(interface)에서 함께 커플링될 수 있거나 또는 체결될 수 있다. 몇몇 사례에서, 광원을 지니는(carrying) 지지부(support) 및/또는 인광성 물질을 지니는 지지부는 계면에서 함께 커플링될 수도 있거나 또는 체결될 수도 있다. 체결 메커니즘의 예는, 폼 피팅 쌍(form-fitting pair), 후크 및 루프, 래치, 스테이플, 클립, 클램프, 프롱(prong), 링, 브래드(brad), 고무 밴드, 리벳, 그로멧(grommet), 핀, 타이, 스냅, 벨크로, 접착제(adhesive), 테이프, 이들의 조합, 또는 임의의 다른 타입의 체결 메커니즘을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은 접착 및/또는 점착(cohesive) 속성을 가질 수도 있고, 독립적인 체결 메커니즘 없이 광원에 부착될 수도 있다. 예를 들면, 인광성 물질은 광원의 발광 표면 상에 도장되거나 또는 코팅될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은 광원의 1차(primary), 2차(secondary), 및/또는 3차(tertiary) 광학기기(optic) 상으로 코팅될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은 광원의 다른 광학 엘리먼트 상으로 코팅될 수도 있다. 인광성 물질 및 광원은 영구적으로 또는 분리 가능하게 함께 체결될 수 있다. 예를 들면, 인광성 물질 및 광원은, 인광성 물질 및/또는 광원에 대한 손상 없이(또는 최소의 손상을 가지면서), 광자 배터리 어셈블리(100)로부터 분해될 수 있고 광자 배터리 어셈블리(100)로 재조립될 수 있다. 대안적으로, 접촉하는 동안, 인광성 물질 및 광원은 함께 체결되지 않을 수도 있다.
인광성 물질(102) 및 광원(101)이 접촉하지 않는 경우, 인광성 물질은, 달리, 광원의 발광 표면과, 예컨대 도파관을 통해, 광학적으로 연통될 수 있다. 예를 들면, 인광성 물질은, 광원의 발광 표면에 의해 방출되는 광의 광학적 경로(optical path)에 위치될 수 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질과 광원 사이에 에어 갭(air gap)이 있을 수 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질과 광원 사이에 다른 중간 층이 있을 수 있다. 중간 층은 공기 또는 다른 유체일 수 있다. 중간 층은 도광부(light guide) 또는 광학 엘리먼트(예를 들면, 렌즈, 반사기, 확산기, 빔 스플리터, 등등)의 다른 층일 수 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질과 광원 사이에 복수의 중간 층이 있을 수 있다.
인광성 물질(102)은 광기전 전지(103)와 접촉할 수도 있거나 또는 접촉하지 않을 수도 있다. 인광성 물질과 광기전 전지가 접촉하는 경우, 인광성 물질은 광기전 전지의 광 흡수 표면과 인터페이싱할 수 있다. 인광성 물질 및 광기전 전지는, 예컨대 체결 메커니즘을 통해, 계면에서 함께 커플링될 수 있거나 또는 체결될 수 있다. 몇몇 사례에서, 광기전 전지를 지니는 지지부 및/또는 인광성 물질을 지니는 지지부는 계면에서 함께 커플링될 수도 있거나 또는 체결될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은 접착 속성을 가질 수도 있고, 독립적인 체결 메커니즘 없이 광기전 전지에 부착될 수도 있다. 예를 들면, 인광성 물질은 광기전 전지의 광 흡수 표면 상에 도장되거나 또는 코팅될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은 광기전 전지의 1차, 2차, 및/또는 3차 광학기기 상으로 코팅될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은 광기전 전지의 다른 광학 엘리먼트 상으로 코팅될 수도 있다. 인광성 물질 및 광기전 전지는 영구적으로 또는 분리 가능하게 함께 체결될 수 있다. 예를 들면, 인광성 물질 및 광기전 전지는, 인광성 물질 및/또는 광기전 전지에 대한 손상 없이(또는 최소의 손상을 가지면서), 광자 배터리 어셈블리(100)로부터 분해될 수 있고 광자 배터리 어셈블리(100)로 재조립될 수 있다. 대안적으로, 접촉하는 동안, 인광성 물질 및 광기전 전지는 함께 체결되지 않을 수도 있다.
인광성 물질(102) 및 광기전 전지(103)가 접촉하지 않는 경우, 인광성 물질은, 달리, 광기전 전지의 광 흡수 표면과 광학적으로 연통될 수 있다. 예를 들면, 광기전 전지의 광 흡수 표면은 인광성 물질에 의해 방출되는 광의 광학적 경로에 배치될 수 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질과 광기전 전지 사이에 에어 갭이 있을 수 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질과 광기전 전지 사이에 다른 중간 층이 있을 수 있다. 중간 층은 공기 또는 다른 유체일 수 있다. 중간 층은, 도광부, 광 집중기, 또는 다른 광학 엘리먼트 층(예를 들면, 렌즈, 반사기, 확산기, 빔 스플리터, 등등)일 수 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질과 광기전 전지 사이에 복수의 중간 층이 있을 수 있다.
몇몇 사례에서, 광자 배터리 어셈블리(100)는, 예컨대 광원(101), 인광성 물질(102), 또는 광기전 전지(103)로 독립적으로, 또는 이들의 하위 조합으로 조립 또는 분해될 수 있다. 몇몇 사례에서, 광자 배터리 어셈블리는, 상이한 부품에 대한 손상 없이 또는 상이한 부품에 대한 최소 손상을 가지고, 조립 또는 분해될 수 있다.
몇몇 사례에서, 광자 배터리 어셈블리(100)는 쉘, 외부 케이싱, 또는 다른 하우징에 수용될 수 있다. 광자 배터리 어셈블리(100) 및/또는 그 쉘은 휴대용일 수 있다. 예를 들면, 광자 배터리 어셈블리는, 최대 약 1 미터(m), 90 센티미터(cm), 80 cm, 70 cm, 60 cm, 50 cm, 45 cm, 40 cm, 35 cm, 30 cm, 25 cm, 20 cm, 15 cm, 10 cm, 9 cm, 8 cm, 7 cm, 6 cm, 5 cm의, 또는 더 작은 최대 치수를 가질 수 있다. 광자 배터리 어셈블리의 최대 치수는, 광자 배터리 어셈블리의 다른 치수보다 더 큰 광자 배터리 어셈블리의 치수(예를 들면, 길이, 폭, 높이, 깊이, 직경, 등등)일 수도 있다. 대안적으로, 광자 배터리 어셈블리는 더 큰 최대 치수를 가질 수도 있다. 예를 들면, 더 높은 에너지 저장 용량을 갖는 광자 배터리 어셈블리는 더 큰 치수를 가질 수 있고 휴대용이 아닐 수도 있다.
광원(101)은 발광 다이오드(LED) 또는 다른 발광 디바이스와 같은 인공 광원일 수 있다. 예를 들면, 광원은 레이저 또는 램프일 수 있다. 광원은 복수의 발광 디바이스(예를 들면, 복수의 LED)일 수 있다. 몇몇 사례에서, 광원은 하나의 LED로서 배열될 수 있다. 몇몇 사례에서, 광원은 다수의 LED의 행 또는 열로서 배열될 수 있다. 광원은 다수의 열, 행, 또는 LED의 다른 축의 어레이 또는 그리드로서 배열될 수 있다. 광원은 상이한 발광 디바이스의 조합일 수 있다. 광원의 발광 표면은 평면일 수 있거나 또는 비평면일 수 있다. 광원의 발광 표면은 실질적으로 평평할 수 있거나, 실질적으로 만곡될 수 있거나, 또는 다른 형상을 형성할 수 있다.
광원은 강성의 및/또는 유연한 지지부에 의해 지지될 수 있다. 예를 들면, 지지부는 광원에 의해 방출되는 광을 지향성이 되도록 또는 비지향성이 되도록 지향시킬 수 있다. 몇몇 사례에서, 광원은 1차 및/또는 2차 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 몇몇 사례에서, 광원은 3차 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 몇몇 사례에서, 광원은 다른 레벨 또는 층에 있는 다른 광학 엘리먼트(예를 들면, 렌즈, 반사기, 확산기, 빔 스플리터, 등등)를 포함할 수 있다. 광원은 전기 에너지를 광 에너지로 변환하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 광원은, 광자 배터리 어셈블리(100) 외부에 또는 내부에 있을 수도 있는 전원(electrical power source)에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 광원은 광 에너지(예를 들면, 광자)를, 예컨대 전자기파 형태로 방출하도록 구성될 수 있다. 몇몇 사례에서, 광원은, 인광성 물질(102)에 의해 흡수될 수 있는 파장 또는 파장의 범위의 광 에너지를 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 광원은 자외선 범위 내의 파장(예를 들면, 10 나노미터(nm) 내지 400 nm)에서 광을 방출할 수 있다. 몇몇 사례에서, 광원은 전자기 스펙트럼(예를 들면, 적외선, 가시 광선, 자외선, x 선, 등등) 내의 다른 파장 또는 파장의 범위에서 광을 방출할 수 있다.
몇몇 사례에서, 광원(101)은 자연 광원(예를 들면, 태양 광)일 수 있는데, 이 경우, 광자 배터리 어셈블리(100) 내의 인광성 물질(102)은 그러한 자연광을 흡수하도록 자연 광원에 노출될 수도 있다.
인광성 물질(102)은, 실질적인 시간 지연 이후에, 제1 파장(또는 제1 파장 범위)의 광 에너지를 흡수하고 제2 파장(또는 제2 파장 범위)의 광 에너지를 방출할 수 있다. 제2 파장은 제1 파장과는 상이한 파장일 수 있다. 인광성 물질에 의해 흡수되는 제1 파장의 광 에너지는, 인광성 물질에 의해 방출되는 제2 파장의 광 에너지보다 더 높은 에너지 레벨에 있을 수 있다. 제2 파장은 제1 파장보다 더 클 수 있다. 한 예에서, 인광성 물질은 자외선 범위 파장(예를 들면, 10 nm 내지 400 nm)에서 에너지를 흡수하고 가시 범위 파장(예를 들면, 400 nm 내지 700 nm)에서 에너지를 방출할 수 있다. 예를 들면, 인광성 물질은 청색 광자를 흡수할 수 있고, 시간 지연 이후, 녹색 광자를 방출할 수 있다. 인광성 물질은, 예컨대 전자기 스펙트럼(예를 들면, 적외선, 가시 광선, 자외선, x 선, 등등)에서, 다른 파장(또는 파장의 범위)의 광 에너지(예를 들면, 광자)를 흡수하고 다른 파장(또는 파장의 범위)의 광 에너지를 방출할 수 있는데, 방출되는 에너지는 흡수되는 에너지보다 더 낮은 에너지 레벨에 있다. 인광성 물질에 의한 광 에너지의 방출 속도는, 인광성 물질에 의한 광 에너지의 흡수 속도보다 더 느릴 수 있다. 속도로의 이러한 차이의 이점은, 그러한 에너지를 흡수하는 것보다 더 느린 속도로 에너지를 방출하고, 따라서, 그러한 시간 지연 동안 에너지를 저장하는 인광성 물질의 능력이다.
인광성 물질(102)은 결정질, 고체, 액체, 세라믹, 분말 형태, 입상(granular) 또는 다른 입자 형태, 액체 형태, 또는 임의의 다른 형상, 상태, 또는 형태일 수 있다. 인광성 물질은 오래 지속되는 인광체일 수 있다. 한 예에서, 인광성 물질은 유로퓸으로 도핑되는 스트론튬 알루미네이트(예를 들면, SrAl2O4:Eu)를 포함할 수 있다. 인광성 물질의 몇몇 다른 예는, 아연 갈로저메네이트(zinc gallogermanate)(예를 들면, Zn3Ga2Ge2O10:0.5%Cr3+), 구리 및/또는 코발트로 도핑된 황화 아연(zinc sulfide)(예를 들면, ZnS:Cu, Co), 유로퓸, 디스프로슘, 및/또는 붕소와 같은 다른 도펀트로 도핑되는 스트론튬 알루미네이트(예를 들면, SrAl2O4:Eu2+, Dy3+, B3+), 유로퓸, 디스프로슘, 및/또는 네오디뮴(neodymium)으로 도핑된 칼슘 알루미네이트(calcium aluminate)(예를 들면, CaAl2O4:Eu2+, Dy3+, Nd3+), 유로퓸, 마그네슘, 및/또는 티타늄으로 도핑되는 산화이트륨 황화물(yttrium oxide sulfide)(예를 들면, Y2O2S:Eu3+, Mg2+, Ti4+), 및 아연 갈로저메네이트(예를 들면, Zn3Ga2Ge2O10:0.5%Cr3+)를 포함할 수 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은 입상 또는 다른 입자 형태로 제공될 수도 있다. 그러한 그레인 또는 입자는 약 1과 약 5 마이크로미터 사이의 최대 직경을 가질 수도 있다. 몇몇 사례에서, 그레인 또는 입자는, 적어도 약 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4.0, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 5.0 마이크로미터의 또는 더 큰 최대 직경을 가질 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그레인 또는 입자는, 최대 약 5.0, 4.9, 4.8, 4.7, 4.6, 4.5, 4.4, 4.3, 4.2, 4.1, 4.0, 3.9, 3.8, 3.7, 3.6, 3.5, 3.4, 3.3, 3.2, 3.1, 3.0, 2.9, 2.8, 2.7, 2.6, 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0 마이크로미터의 또는 더 작은 최대 직경을 가질 수도 있다.
몇몇 사례에서, 인광성 물질에 의해 방출되는 잔광(예를 들면, 방출된 광 에너지)은 적어도 약 1 시간(hr), 2 시간, 3 시간, 4 시간, 5 시간, 6 시간, 7 시간, 8 시간, 9 시간, 10 시간, 11 시간, 12 시간, 1 일, 2 일, 3 일, 4 일, 1 주, 2 주, 3 주, 또는 더 오래 지속될 수 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은, 적어도 약 1 시간, 2 시간, 3 시간, 4 시간, 5 시간, 6 시간, 7 시간, 8 시간, 9 시간, 10 시간, 11 시간, 12 시간, 1 일, 2 일, 3 일, 4 일, 1 주, 2 주, 3 주, 또는 더 오랫동안 에너지를 저장 및/또는 방출할 수 있다. 대안적으로, 인광성 물질에 의해 방출되는 잔광(또는 인광성 물질에 의해 저장되는 에너지)은 더 짧은 지속 기간 동안 지속될 수 있다.
몇몇 사례에서, 인광성 물질(102)은 임의의 방향으로부터의 제1 파장의 광 에너지를 흡수할 수도 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은 (예를 들면, 인광성 물질의 표면으로부터) 임의의 방향에서 제2 파장의 광 에너지를 방출할 수도 있다.
어셈블리(100)는, 직렬 및/또는 병렬로 전기적으로 연결되는 하나 또는 복수의 광기전 전지(예를 들면, 광기전 전지(103))를 포함할 수 있다. 광기전 전지(103)는 패널, 전지, 모듈, 및/또는 다른 유닛일 수 있다. 예를 들면, 패널은 패널의 평면 내에서 모두 배향되며 다양한 구성으로 전기적으로 연결되는 하나 이상의 전지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 모듈은 다양한 구성으로 전기적으로 연결되는 하나 이상의 전지를 포함할 수 있다. 광기전 전지(103) 또는 태양 전지는 광 에너지를 흡수하도록 그리고 흡수된 광 에너지로부터 전력을 생성하도록 구성될 수 있다. 몇몇 사례에서, 광기전 전지는, 인광성 물질(102)에 의해 방출될 수 있는 파장 또는 파장의 범위의 광 에너지를 흡수하도록 구성될 수 있다. 광기전 전지는, 인광성 물질에 의해 방출되는 광 에너지의 파장(또는 파장의 범위)에 맞춰지는 단일의 밴드 갭(band gap)을 가질 수 있다. 유리하게는, 이것은 광자 배터리 어셈블리(100)의 에너지 저장 시스템의 효율성을 증가시킬 수도 있다. 예를 들면, 인광성 물질로서 유로퓸으로 도핑되는 스트론튬 알루미네이트의 경우, 광기전 전지는 녹색 광 파장(예를 들면, 500 내지 520 nm)에 맞춰지는 밴드 갭을 가질 수 있다. 유사하게, 광원(101)은 자외선 범위 파장(예를 들면, 20 nm 내지 400 nm)을 방출하도록 맞춰질 수 있다. 대안적으로, 광기전 전지는 전자기 스펙트럼(예를 들면, 적외선, 가시 광선, 자외선, x 선, 등등) 내의 다른 파장(또는 파장의 범위)의 광 에너지를 흡수하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED)가 광자 배터리 어셈블리(100)에서 인광성 물질(102)을 대체할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, OLED가 광원(101) 및 인광성 물질 둘 모두를 대체할 수 있다. OLED는, 다이오드 격자 내의 준 입자(quasi particle)가 전원으로부터 잠재적 에너지를 저장하고 시간 경과에 따라 가시광 파장(예를 들면, 400 nm 내지 700 nm)의 광 에너지의 형태로 그러한 에너지를 방출하는 전기 인광(electro-phosphorescence)이 가능할 수 있을 수 있다. 예를 들면, OLED는, 광자 배터리 어셈블리(100) 외부에 또는 내부에 있을 수도 있는 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. OLED의 발광 표면은 광기전 전지(103)의 광 흡수 표면과 인터페이싱하여 광자 배터리 어셈블리를 완성할 수 있다. 예를 들면, OLED를 사용하여, 광기전 전지는 가시 파장 범위(예를 들면, 400 내지 700 nm)에 맞춰지는 밴드 갭을 가질 수 있다.
광기전 전지(103)는 임의의 두께를 가질 수도 있다. 예를 들면, 광기전 전지는 약 20 마이크로미터의 두께를 가질 수도 있다. 몇몇 사례에서, 광기전 전지는 적어도 약 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 마이크로미터의 또는 더 큰 두께를 가질 수도 있다. 대안적으로, 광기전 전지는 최대 약 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10 마이크로미터의 또는 더 작은 두께를 가질 수도 있다.
도 2는 전기 부하와 연통하는 광자 배터리를 도시한다. 광자 배터리(201)는 전기 부하(202)에 전력을 공급할 수 있다. 광자 배터리 및 전기 부하는, 예컨대 전기 회로를 통해 전기적으로 연통될 수 있다. 도 2가 회로를 도시하지만, 회로 구성은 도 2에서 도시되는 것으로 제한되지는 않는다. 전기 부하는 전력 소비 디바이스일 수 있다. 전기 부하는 개인용 컴퓨터(예를 들면, 휴대용 PC), 슬레이트 또는 태블릿 PC(예를 들면, Apple®(애플) iPad(아이패드), Samsung®(삼성) Galaxy Tab(갤럭시탭)), 전화, 스마트폰(예를 들면, Apple®(애플) iPhone(아이폰), Android(안드로이드) 대응 디바이스, Blackberry®(블랙베리)), 또는 개인 휴대형 정보 단말(personal digital assistant)과 같은 전자 디바이스일 수 있다. 전자 디바이스는 이동식일 수 있거나 또는 비이동식일 수 있다. 전기 부하는 자동차, 전기 자동차, 기차, 보트, 또는 비행기와 같은 차량일 수 있다. 전기 부하는 전력 그리드(power grid)일 수 있다. 몇몇 경우에, 전기 부하는 광자 배터리에 의해 충전되는 다른 배터리 또는 다른 에너지 저장 시스템일 수 있다. 몇몇 사례에서, 광자 배터리는 전기 부하에 통합될 수 있다. 몇몇 사례에서, 광자 배터리는 전기 부하에 영구적으로 또는 분리 가능하게 커플링될 수 있다. 예를 들면, 광자 배터리는 전기 부하로부터 분리 가능할 수 있다.
몇몇 경우에, 광자 배터리(201)는 직렬의 또는 병렬의 복수의 전기 부하에 전력을 공급할 수 있다. 몇몇 경우에, 광자 배터리는 복수의 전기 부하에 동시에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들면, 광자 배터리는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 개 이상의 전기 부하에 동시에 전력을 공급할 수 있다. 몇몇 경우에, 직렬로 또는 병렬로 전기적으로 연결되는 복수의 광자 배터리가 전기 부하에 전력을 공급할 수 있다. 몇몇 경우에, 하나 이상의 광자 배터리 및 하나 이상의 다른 타입의 에너지 저장 시스템(예를 들면, 리튬 이온 배터리, 연료 전지, 등등)의 조합이 하나 이상의 전기 부하에 전력을 공급할 수 있다.
도 3은 적용시의 예시적인 광자 배터리 어셈블리를 도시한다. 도 3에서 예시되는 임의의 및 모든 회로는 그러한 회로부 구성(circuitry configuration)으로 제한되지는 않는다. 광자 배터리 어셈블리(300)는 전원(304)에 의해 충전되고 전력을 전기 부하(306)로 방전할 수 있다. 광자 배터리 어셈블리는, LED 또는 LED의 세트와 같은 광원(301)을 포함할 수 있다. 광원은 광원의 포트(305)를 통해 전원(304)과 전기적으로 연통될 수 있다. 예를 들면, 전원 및 포트(305)는 회로를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 전원(304)은 광자 배터리 어셈블리(300) 외부 또는 내부에 있을 수도 있다. 전원은 전력 공급 디바이스, 예컨대 다른 에너지 저장 시스템(예를 들면, 다른 광자 배터리, 리튬 이온 배터리, 수퍼커패시터, 연료 전지, 등등)일 수 있다. 전원은 전기 그리드일 수 있다.
광원(301)은 전기 에너지를 수신할 수 있고, 예컨대 광원의 발광 표면을 통해 제1 파장의 광 에너지를 방출할 수 있다. 발광 표면은 인광성 물질(302)에 인접할 수 있다. 광원은 인광성 물질과 광학적으로 연통될 수 있다. 인광성 물질은 제1 파장의 광 에너지를 흡수하도록, 그리고, 시간 지연 이후, 제2 파장의 광 에너지를 방출하도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에, 제2 파장의 광 에너지의 방출 속도는 제1 파장의 광 에너지의 흡수 속도보다 더 느릴 수 있다. 속도로의 이러한 차이의 이점은, 그러한 에너지를 흡수하는 것보다 더 느린 속도로 에너지를 방출하고, 따라서, 그러한 시간 지연 동안 에너지를 저장하는 인광성 물질의 능력이다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은, 적어도 약 1 시간, 2 시간, 3 시간, 4 시간, 5 시간, 6 시간, 7 시간, 8 시간, 9 시간, 10 시간, 11 시간, 12 시간, 1 일, 2 일, 3 일, 4 일, 1 주, 2 주, 3 주, 또는 더 오랫동안 에너지를 저장 및/또는 방출할 수 있다.
광자 배터리 어셈블리는 광기전 전지(303)를 포함할 수 있다. 광기전 전지는, 예컨대, 광기전 전지의 광 흡수 표면을 통해 제2 파장의 광 에너지를 흡수하도록 구성될 수 있다. 광기전 전지는 인광성 물질(302)과 광학적으로 연통될 수 있다. 광기전 전지의 광 흡수 표면은 인광성 물질에 인접할 수 있다. 광기전 전지는 흡수된 광 에너지로부터 전력을 생성할 수 있다. 광기전 전지에 의해 생성되는 전력은 전기 부하(306)에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 광기전 전지는 광기전 전지의 포트(307)를 통해 전기 부하와 전기적으로 연통될 수 있다. 예를 들면, 전기적 부하 및 포트(307)는 회로를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
광자 배터리 어셈블리(300)에 의해 저장되는 에너지는 다수 회 충전 및/또는 재충전될 수 있다. 광자 배터리 어셈블리에 의해 생성되는 전력은 다수 회 소비될 수 있다. 광자 배터리 어셈블리는, 예컨대 포트(305)를 통해, 전기 에너지(또는 전력)를 광원(301)에 공급하는 것에 의해 충전 및/또는 재충전될 수 있다. 광자 전지 어셈블리(300)는 광기전 전지에 의해 생성되는 전력을, 예컨대 포트(307)를 통해 전기 부하(306)로 지향시키는 것에 의해 전력을 방전시킬 수 있다. 예를 들면, 광자 배터리 어셈블리(300)는 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 100, 500, 1000, 104, 105, 106 번의, 또는 더 많은 재충전(또는 소비) 사이클을(예를 들면, 그 동안의 기능을) 지속할 수 있다.
광자 배터리 어셈블리(300)는, 종래의 화학적 배터리의 것들에 비해 더 우수한, 예를 들면, 대략 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 배 더 빠른 또는 더 빠른 충전 속도를 제공할 수도 있다. 예를 들면, 광자 배터리 어셈블리는 적어도 약 800 와트/입방 센티미터(W/cc), 850 W/cc, 900 W/cc, 1000 W/cc, 1050 W/cc, 1100 W/cc, 1150 W/cc, 1200 W/cc, 1250 W/cc, 1300 W/cc, 1350 W/cc, 1400 W/cc, 1450 W/cc, 1500 W/cc 또는 더 큰 속도로 충전될 수 있다. 대안적으로, 광자 배터리 어셈블리는 약 800 W/cc 미만의 속도로 충전될 수 있다. 광자 배터리 어셈블리는, 종래의 화학적 배터리의 수명보다 더 우수한 수명, 예를 들면, 대략 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 배 더 많은 재충전 사이클 또는 더 많은 재충전 사이클을 제공할 수도 있다.
광자 배터리 어셈블리(300)는 상대적으로 차가운 동작 온도 조건에서 안정적일 수도 있고 효과적으로 기능할 수도 있다. 예를 들면, 광자 배터리 어셈블리는 약 -55 도씨(℃)만큼 낮은 그리고 약 65 ℃만큼 높은 동작 온도에서 안정적으로 기능할 수도 있다. 광자 배터리 어셈블리는 약 -55 ℃보다 더 낮은 그리고 약 65 ℃보다 더 높은 동작 온도에서 안정적으로 기능할 수도 있다. 몇몇 사례에서, 광자 배터리 어셈블리는 광원(예를 들면, LED)이 안정적으로 기능하는 임의의 동작 온도 하에서 안정적으로 기능할 수도 있다. 광자 배터리 어셈블리는 과도한 동작 열을 생성하지 않을 수도 있다.
도 4a는 도파관을 갖는 광자 배터리 어셈블리를 예시한다. 광자 배터리 어셈블리(400)는 광원(401), 인광성 물질(402), 광기전 전지(도시되지 않음), 및 도파관(404)을 포함할 수 있다. 도파관은 광원 및 인광성 물질에 인접할 수도 있다. 예를 들면, 도파관은 광원과 인광성 물질에 의해 사이에 끼일 수도 있다. 다른 예에서, 도 4a에서 도시되는 바와 같이, 도파관의 일부 표면은 인광성 물질에 인접할 수도 있고 도파관의 일부 표면은 광원에 인접할 수도 있다. 몇몇 사례에서, 추가적으로, 도파관은 광기전 전지에 인접할 수도 있다. 도파관을 갖는 광자 배터리 어셈블리의 구성은 도 4a로 제한되지는 않는다.
인광성 물질(402)과 도파관(404) 사이의 접촉에 관계없이, 인광성 물질 및 도파관은 광학적으로 연통될 수도 있다. 광원(401)과 도파관 사이의 접촉에 관계없이, 광원과 도파관은 광학적으로 연통될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 광기전 전지와 도파관 사이의 접촉에 관계없이, 광기전 전지와 도파관은 광학적으로 연통될 수도 있다.
도파관(404)은 광원(401)과 접촉할 수도 있거나 또는 접촉하지 않을 수도 있다. 도파관 및 광원이 접촉하면, 도파관은 광원의 발광 표면과 인터페이싱할 수 있다. 도파관 및 광원은, 예컨대 체결 메커니즘을 통해, 계면에서 함께 커플링되거나 또는 체결될 수 있다. 몇몇 사례에서, 광원을 지니는 지지부 및/또는 도파관을 지니는 지지부는 계면에서 함께 커플링될 수도 있거나 또는 체결될 수도 있다. 체결 메커니즘의 예는, 폼 피팅 쌍, 후크 및 루프, 래치, 스테이플, 클립, 클램프, 프롱, 링, 브래드, 고무 밴드, 리벳, 그로멧, 핀, 타이, 스냅, 벨크로, 접착제, 테이프, 이들의 조합, 또는 임의의 다른 타입의 체결 메커니즘을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 몇몇 사례에서, 도파관은 접착 및/또는 점착 속성을 가질 수도 있고, 독립적인 체결 메커니즘 없이 광원에 부착될 수도 있다. 도파관 및 광원은 영구적으로 또는 분리 가능하게 함께 체결될 수 있다. 예를 들면, 도파관 및 광원은, 도파관 및/또는 광원에 대한 손상 없이(또는 최소의 손상을 가지면서), 광자 배터리 어셈블리(400)로부터 분해될 수 있고 광자 배터리 어셈블리(400)로 재조립될 수 있다. 대안적으로, 접촉하는 동안, 도파관 및 광원은 함께 체결되지 않을 수도 있다.
도파관(404) 및 광원(401)이 접촉하지 않는 경우, 도파관은, 달리, 광원의 발광 표면과 광학적으로 연통될 수 있다. 예를 들면, 도파관은 광원의 발광 표면에 의해 방출되는 광의 광학적 경로 내에 위치될 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관과 광원 사이에 에어 갭이 있을 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관과 광원 사이에는 고체 물질(예를 들면, 유리, 플라스틱, 등등) 및/또는 다른 도파관과 같은 또 다른 중간 층이 있을 수 있다. 중간 층은 공기 및/또는 다른 유체일 수 있다. 중간 층은 도광부 또는 광학 엘리먼트(예를 들면, 렌즈, 반사기, 확산기, 빔 스플리터, 등등)의 다른 층일 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관과 광원 사이에 복수의 중간 층이 있을 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관은 도파관의 하나 이상의 표면과 광학적으로 연통될 수도 있다. 예를 들면, 광원은 도파관의 하나 이상의 표면과 광학적으로 연통하는 LED 어레이 및/또는 행(row)을 포함할 수도 있다. 도파관은 임의의 표면으로부터 광원으로부터의 광을 수신할 수도 있다. 몇몇 사례에서, 광원의 표면과 광학적으로 연통하는 도파관의 표면은, 직접 접촉하든 또는 접촉하지 않든 간에, 평행할 수도 있거나, 수직일 수도 있거나, 또는 임의의 각도에 있을 수도 있다. 어느 한 쪽 또는 양쪽 표면이 평평할 수도 있다. 어느 한 쪽 또는 양쪽 표면이 기울어질 수도 있고 및/또는 곡률(예를 들면, 볼록, 오목)을 가질 수도 있다. 어느 한 쪽 또는 양쪽 표면이 임의의 표면 프로파일을 가질 수도 있다.
도파관(404)은 인광성 물질(402)과 접촉할 수도 있거나 또는 접촉하지 않을 수도 있다. 도파관과 인광성 물질이 접촉하는 경우, 도파관은 인광성 물질의 광 흡수 표면과 인터페이싱할 수 있다. 도파관 및 인광성 물질은, 예컨대 체결 메커니즘을 통해 계면에서 함께 커플링되거나 또는 체결될 수 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질을 지니는 지지부 및/또는 도파관을 지니는 지지부는 계면에서 함께 커플링될 수도 있거나 또는 체결될 수도 있다. 체결 메커니즘의 예는, 폼 피팅 쌍, 후크 및 루프, 래치, 스테이플, 클립, 클램프, 프롱, 링, 브래드, 고무 밴드, 리벳, 그로멧, 핀, 타이, 스냅, 벨크로, 접착제, 테이프, 이들의 조합, 또는 임의의 다른 타입의 체결 메커니즘을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 몇몇 사례에서, 도파관은 접착 및/또는 점착 속성을 가질 수 있으며 독립적인 체결 메커니즘 없이 인광성 물질에 접착될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은 접착 및/또는 점착 속성을 가질 수도 있고, 독립적인 체결 메커니즘 없이 도파관에 부착될 수도 있다. 예를 들면, 인광성 물질은 도파관의 발광 표면 상에 도장되거나 또는 코팅될 수도 있다. 도파관 및 인광성 물질은 영구적으로 또는 분리 가능하게 함께 체결될 수 있다. 예를 들면, 도파관 및 인광성 물질은 도파관 및/또는 인광성 물질에 대한 손상 없이(또는 최소한의 손상을 가지고) 광자 배터리 어셈블리(400)로부터 분해될 수 있고 광자 배터리 어셈블리(400)로 재조립될 수 있다. 대안적으로, 접촉하는 동안, 도파관 및 인광성 물질은 함께 체결되지 않을 수도 있다.
도파관(404) 및 인광성 물질(402)이 접촉하지 않는 경우, 도파관은, 달리, 인광성 물질의 광 흡수 표면과 광학적으로 연통될 수 있다. 예를 들면, 인광성 물질은 도파관의 발광 표면에 의해 방출되는 광의 광학적 경로 내에 위치될 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관과 인광성 물질 사이에 에어 갭이 있을 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관과 인광성 물질 사이에는 다른 중간 층, 예컨대 다른 도파관이 있을 수 있다. 중간 층은 공기 또는 다른 유체일 수 있다. 중간 층은 도광부 또는 광학 엘리먼트(예를 들면, 렌즈, 반사기, 확산기, 빔 스플리터, 등등)의 다른 층일 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관과 인광성 물질 사이에 복수의 중간 층이 있을 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관은 인광성 물질의 하나 이상의 표면과 광학적으로 연통될 수도 있다. 인광성 물질은 임의의 표면으로부터 도파관으로부터의 광을 수신할 수도 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질의 표면과 광학적으로 연통하는 도파관의 표면은, 직접 접촉하든 또는 접촉하지 않든 간에, 평행할 수도 있거나, 수직일 수도 있거나, 또는 임의의 각도에 있을 수도 있다. 어느 한 쪽 또는 양쪽 표면이 평평할 수도 있다. 어느 한 쪽 또는 양쪽 표면이 기울어질 수도 있고 및/또는 곡률(예를 들면, 볼록, 오목)을 가질 수도 있다. 어느 한 쪽 또는 양쪽 표면이 임의의 표면 프로파일을 가질 수도 있다.
도파관(404)은 광원(401)으로부터 방출되는 제1 파장의 파를 인광성 물질(402)로 지향시키도록 구성될 수도 있다. 유리하게는, 도파관은 광 에너지(또는 다른 형태의 에너지)의 큰 효율성 및 최소 손실을 가지고 광원으로부터의 광 에너지를 인광성 물질로 전달할 수도 있다. 도파관은 광원과 인광성 물질의 분산된 볼륨 사이에서 광학적 연통을 제공할 수도 있어서 - 이 경우, 그렇지 않으면, 인광성 물질의 일부 볼륨은 광원과 광학적으로 연통하지 않을 것임 - , 인광성 물질에 대한 광원의 유연한 배열을 허용할 수도 있다. 예를 들면, 도파관이 없으면, 광원으로부터 방출되는 제1 파장의 광 에너지는, (광원에 대한 또는 다르게는 광원과 바로 광학적으로 연통하는) 인광성 물질의 바로 인접한 볼륨, 예컨대 인광성 물질-광원 계면에 의해 가장 효율적으로 흡수될 수도 있다. 그러나, 일단 바로 인접한 인광성 물질이 제1 파장의 광 에너지를 흡수하면, 그것은 또 다른 광 에너지를 수용할 더 이상의 용량을 가지지 않을 수도 있고 및/또는 (광학적 경로의 더 하류에 있는) 다른 볼륨의 인광성 물질이 그러한 광 에너지를 흡수하는 것을 방지할 수도 있다. 인광성 물질과 광원 사이의 큰 표면적 계면이 광원으로부터 인광성 물질로의 효율적인 광 에너지 전달을 용이하게 할 수도 있지만, 이것은, 소형의 에너지 저장 시스템을 구성하는 경우에는 비실용적일 수도 있다. 광원과 인광성 물질 사이의 광학적 연통을 용이하게 하도록 도파관을 구현하는 것에 의해, 그러한 인광성 물질과 광원이 바로 인접하지 않더라도 상이한 볼륨의 인광성 물질이 광원으로부터 광 에너지를 균등하게 흡수할 수도 있다.
도파관(404)은 적어도 약 10 마이크로미터, 20 마이크로미터, 30 마이크로미터, 40 마이크로미터, 50 마이크로미터, 60 마이크로미터, 70 마이크로미터, 80 마이크로미터, 90 마이크로미터, 100 마이크로미터, 200 마이크로미터, 300 마이크로미터, 400 마이크로미터, 500 마이크로미터, 600 마이크로미터, 700 마이크로미터, 800 마이크로미터, 900 마이크로미터, 1 밀리미터(mm), 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 1 센티미터(cm), 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm의 또는 더 큰 최대 치수(예를 들면, 폭, 길이, 높이, 반경, 직경, 등등)를 가질 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 도파관은 최대 약 50 cm, 40 cm, 30 cm, 20 cm, 15 cm, 10 cm, 5 cm, 4 cm, 3 cm, 2 cm, 1 cm, 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm, 900 마이크로미터, 800 마이크로미터, 700 마이크로미터, 600 마이크로미터, 500 마이크로미터, 400 마이크로미터, 300 마이크로미터, 200 마이크로미터, 100 마이크로미터, 90 마이크로미터, 80 마이크로미터, 70 마이크로미터, 60 마이크로미터, 50 마이크로미터, 40 마이크로미터, 30 마이크로미터, 20 마이크로미터, 10 마이크로미터의, 또는 더 작은 최대 치수를 가질 수도 있다. 도파관은 정사각형, 직사각형(예를 들면, 약 1:1.1, 1:1.2, 1:1.3, 1:1.4, 1:1.5, 1:1.6, 1:1.7, 1:1.8, 1:1.9, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:10, 등등의 길이 대 폭에 대한 종횡비를 가짐), 또는 임의의 다른 형상일 수도 있다. 도파관은 플라스틱 또는 유리와 같은 물질을 포함할 수도 있다. 도파관은 사출 몰드(injection mold)에서 사용되는 물질을 포함할 수도 있다.
예를 들면, 도 4a에서, 광원(401)으로부터 방출되는 광 에너지는 인광성 물질(402)의 다양한 위치에 도달하도록 도파관(404)의 층을 통해 지향된다. 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, 시간 지연 이후, 인광성 물질(402)은 광기전 전지(도시되지 않음)에 의한 흡수를 위해 제2 파장의 광 에너지를 방출할 수도 있다. 도파관은 광원으로부터의 파를 인광성 물질로 지향시키기 위해 하나 이상의 반사 표면(405)을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 반사 표면은, 몇몇 파가 인광성 물질의 제1 볼륨의 여기를 위해 제1 반사 표면에서 반사되는 것, 및 제1 볼륨보다 광원으로부터 더 멀리 있는 인광성 물질의 제2 볼륨의 여기를 위해 제2 반사 표면에서 반사되기 이전에 몇몇 파가 더 멀리 이동하는 것, 및 제2 볼륨보다 더 멀리 있는 인광성 물질의 제3 볼륨의 여기를 위해 제3 반사 표면에서 반사되기 이전에 몇몇 파가 더 멀리 이동하는 것, 및 등등을 허용하기 위해, 도파관 내의 광학적 경로에서 점차적으로 커지는 반사 표면을 가질 수도 있다. 도파관에는 임의의 수의 반사 표면이 있을 수도 있다. 예를 들면, 적어도 약 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500 개, 또는 더 많은 반사 표면이 있을 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 단일의 반사 표면이 유사한 결과를 달성하기 위해 도파관 내의 광학적 경로에서, 예컨대 원뿔 형상으로, 표면적을 점진적으로 증가시킬 수도 있다.
몇몇 사례에서, 도파관은 제1 표면으로부터 인광성 물질에 인접하고, 제2 표면으로부터 광원에 인접할 수도 있는데, 여기서 제1 표면 및 제2 표면은 실질적으로 직교한다. 하나 이상의 반사 표면은, 예컨대 제2 표면에서 광원으로부터 수신하기 위해 그리고 제1 표면을 통해 투과시키기 위해 실질적으로 직교하는 방향에서 파를 지향시키도록 구성될 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제1 표면 및 제2 표면은 임의의 다른 각도에 있을 수도 있고, 하나 이상의 반사 표면은, 예컨대 제2 표면에서 광원으로부터 수신하기 위해 그리고 제1 표면을 통해 투과시키기 위해, 다른 각도에서 파를 지향시키도록 구성될 수도 있다. 도 4a에서 예시되는 바와 같이, 도파관은 (예를 들면, 도파관의 상이한 표면과 인터페이싱하는) 인광성 물질의 복수 층에 인접할 수도 있다. 하나 이상의 반사 표면은 파(예를 들면, 광)을 복수의 층으로 반사하는 것에 의해 광원으로부터 수신되는 파를 인광성 물질의 복수의 층으로 지향시키도록 구성될 수도 있다.
몇몇 사례에서, 광원(401)에 대안적으로 또는 그에 추가하여, 광자 배터리 어셈블리(400)는 무선으로 충전될 수도 있다(또는 인광성 물질이 여기될 수 있다). 몇몇 실시형태에서, 광자 배터리 어셈블리는, 어셈블리에 통합되는 광원(401)없이, 인광성 물질(402), 광기전 전지(도시되지 않음), 및 도파관(404)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 광원(401)(도 4a에서 예시됨)은 원격에 있을 수 있고 다른 컴포넌트로부터 분리될 수 있다. 광원은 전원에 의해 구동될 수도 있는데, 전원은 자신이 충전하는 광자 배터리 어셈블리로부터 분리되고(separate) 및/또는 분리된다(detached). 그러한 원격 광원은 어셈블리의 무선 충전을 달성하기 위해 어셈블리에 광 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다. 어셈블리 및/또는 도파관과 관련하여 광원(401)이 배치되는 곳에 관계없이, 광원은, 인광성 물질의 여기를 위한 광 에너지를 제공하기 위해, 도파관 및/또는 인광성 물질과 광학적으로 연통될 수도 있다. 원격 광원은 인광성 물질에 의해 방출되는 광 에너지보다 더 높은 에너지 레벨에서 광 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 인광성 물질이 스트론튬 알루미네이트인 경우, 원격 광원은 약 520 나노미터의 방출 파장보다 더 짧은 파장에서 광 에너지를 제공할 수도 있다. 예를 들면, 원격 광원은 약 300 나노미터 내지 약 470 나노미터 사이의 파장에서 파를 제공할 수도 있다. 원격 광원은, 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, LED, 레이저, 또는 다른 광학 빔을 통해 그러한 광 에너지를 제공할 수도 있다. 몇몇 사례에서, 광자 배터리 어셈블리 구성은, 그러한 무선 충전을 용이하게 하기 위해 하나 이상의 도파관 및/또는 인광성 물질의 노출된 표면적을 최대화할 수도 있거나 또는 (다르게는) 증가시킬 수도 있다. 유익하게는, 본원에서 설명되는 광자 배터리 어셈블리의 소형화 및 운송 가능성(transportability)은 무선 충전을 허용하는 것에 의해 크게 증가될 수도 있다. 게다가, 그러한 무선 충전은 고속 충전, 광학적 충전, 및 주문형 충전을 허용할 수도 있고, 뿐만 아니라, 충전 소스의 일반적으로 널리 퍼진 가용성(예를 들면, 광원의 가용성)으로부터 이익을 얻을 수도 있다. 광자 배터리 어셈블리 중 임의의 것은, 유선의(예를 들면, 통합된) 광원 충전에 추가하여, 또는 통합된 광원 충전에 대한 대안으로, 무선 충전을 위해 구성될 수도 있다.
몇몇 사례에서, 도파관은 하나 이상의 표면에서 코팅될 수도 있다. 그렇지 않으면, 도파관은 하나 이상의 표면에서 다른 층에 인접할 수도 있고 및/또는 다른 층과 접촉할 수도 있다. 예를 들면, 도파관은 인광성 물질(402)과 인터페이싱하는 하나 이상의 표면에서 코팅될 수도 있다. 예시적인 코팅 구성이 도 4b에서 도시되어 있다. 광자 배터리 어셈블리는 광원(도시되지 않음), 인광성 물질(452), 광기전 전지(453), 및 인광성 물질과 인터페이싱하는 자신의 표면 중 하나 이상에서 코팅(454)을 갖는 도파관(451)을 포함할 수 있다. 도파관은, 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, 광원 및 인광성 물질에 인접할 수도 있다.
코팅(454)은 도파관(451)과 인광성 물질(452) 사이에 배치될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질과 인터페이싱하는(또는 광학적으로 연통하는) 도파관의 모든 표면은 코팅에 의해 피복될 수도 있다. 다른 사례에서, 인광성 물질과 인터페이싱하는(또는 광학적으로 연통하는) 표면의 일부는 코팅에 의해 피복될 수도 있고, 인광성 물질과 인터페이싱하는(또는 광학적으로 연통하는) 표면의 일부는 코팅에 의해 피복되지 않을 수도 있다. 예를 들면, 그러한 표면은 어떤 것에 의해서도 피복되지 않을 수도 있고 인광성 물질과 직접적으로 광학적으로 연통될 수도 있거나, 또는 다른 코팅 또는 다른 층(예를 들면, 유리, 다른 도파관, 등등)에 의해 피복될 수도 있고 다른 코팅 또는 다른 층을 통해 인광성 물질과 광학적으로 연통될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 다른 층은 도광부 또는 광학 엘리먼트(예를 들면, 렌즈, 반사기, 확산기, 빔 스플리터, 등등)의 다른 층일 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관(451)과 인광성 물질(452) 사이에, 코팅(454)을 비롯한 복수의 층이 있을 수도 있다. 예를 들면, 복수의 층은, 임의의 조합의, 그리고, 임의의 순서 또는 시퀀스로 배열되는, 에어 갭 또는 다른 유체 갭, 고체 층(예를 들면, 유리, 플라스틱), 다른 광학 엘리먼트(예를 들면, 렌즈, 반사기, 확산기, 빔 스플리터, 등등), 및/또는 임의의 다른 층을 포함할 수도 있다. 코팅 또는 도파관 구성에 관계없이, 인광성 물질(452) 및 도파관(451)은 광학적으로 연통될 수도 있다.
도파관(404)은 코팅(454)과 접촉할 수도 있거나 또는 접촉하지 않을 수도 있다. 도파관 및 코팅은, 예컨대 체결 메커니즘을 통해 계면에서 함께 커플링되거나 또는 체결될 수 있다. 몇몇 사례에서, 코팅을 지니는 지지부 및/또는 도파관을 지니는 지지부는 계면에서 함께 커플링될 수도 있거나 또는 체결될 수도 있다. 체결 메커니즘의 예는, 폼 피팅 쌍, 후크 및 루프, 래치, 스테이플, 클립, 클램프, 프롱, 링, 브래드, 고무 밴드, 리벳, 그로멧, 핀, 타이, 스냅, 벨크로, 접착제, 테이프, 이들의 조합, 또는 임의의 다른 타입의 체결 메커니즘을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 몇몇 사례에서, 코팅은 접착 및/또는 점착 속성을 가질 수도 있고 독립적인 체결 메커니즘 없이 도파관에 접착될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 도파관은 접착 및/또는 점착 속성을 가질 수도 있고 독립적인 체결 메커니즘 없이 코팅에 접착될 수도 있다. 예를 들면, 코팅은 도파관의 표면 상에 도장되거나 또는 코팅될 수도 있다. 도파관 및 코팅은 영구적으로 또는 분리 가능하게 함께 체결될 수 있다. 예를 들면, 도파관 및 코팅은, 도파관 및/또는 코팅에 대한 손상 없이(또는 최소의 손상을 가지면서) 광자 배터리 어셈블리로부터 분해될 수 있고 광자 배터리 어셈블리로 재조립될 수 있다. 대안적으로, 접촉하는 동안, 도파관 및 코팅은 함께 체결되지 않을 수도 있다.
코팅(454)은 이색성 코팅일 수도 있거나 또는 다른 광학 필터(들)를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 코팅은 인광성 물질(452)을 여기시키기 위해 소정의 제1 파장(들)(예를 들면, 더 긴 파장)의 파가 들어오는 것을 허용하도록, 그러나 소정의 제2 파장(들)(예를 들면, 더 짧은 파장)의 파를 반사하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 더 긴 파장(들)을 갖는 파는 코팅을 통해 인광성 물질에 도달하도록 허용될 수도 있고, 인광성 물질에 의해 방출되는 더 짧은 파장(들)을 갖는 파는, i) 더 짧은 파장을 갖는 그러한 파가 광기전 전지(453)에 입사할 가능성을 증가시키기 위해, 그리고 (ii) 그러한 파가 도파관(451)에 들어가서 소망되지 않는 열을 생성하는 것을 방지하기 위해, 코팅에 의해 반사되고 인광성 물질 층 내에 유지될 수도 있다.
코팅(454)은 임의의 두께를 가질 수도 있다. 예를 들면, 코팅은 0.5 마이크로미터와 5 마이크로미터 사이에 있을 수도 있다. 몇몇 사례에서, 코팅은 적어도 약 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4.0, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 5.0 마이크로미터의 또는 더 큰 두께를 가질 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 코팅은 최대 약 5.0, 4.9, 4.8, 4.7, 4.6, 4.5, 4.4, 4.3, 4.2, 4.1, 4.0, 3.9, 3.8, 3.7, 3.6, 3.5, 3.4, 3.3, 3.2, 3.1, 3.0, 2.9, 2.8, 2.7, 2.6, 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5 마이크로미터의 또는 더 작은 두께를 가질 수도 있다.
코팅(454)에 대안적으로 또는 그에 추가하여, 도파관(451)은 소정의 방향을 향하는 파의 방향을 용이하게 하기 위한, 및/또는 파가 지향되는 방향의 균일성을 증가시키기 위한 표면 피쳐(455)(또는 다수의 피쳐)를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 도파관의 하나 이상의 표면은, 홈(groove), 구유(trough), 오목부(indentation), 언덕부(hill), 기둥, 벽, 및/또는 다른 구조체 또는 피쳐와 같은 물리적 구조체 또는 피쳐를 포함할 수도 있다. 한 예에서, 도파관의 저부 표면은, 광원으로부터의 파가 인광성 물질을 여기시키기 위해 인광성 물질을 향하는 방향에서 균일하게 반사되도록 도파관 안쪽으로 형성되는 하나 이상의 홈을 포함할 수도 있다. 그러한 홈(및/또는 다른 물리적 구조체 또는 피쳐)은 도파관으로 패턴화될 수도 있다. 패턴은 규칙적이거나 또는 불규칙할 수도 있다. 예를 들면, 홈은 일정한 간격으로 이격되거나 또는 불규칙하게 이격될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 그러한 홈(및/또는 다른 물리적 구조체 또는 피쳐)은 별개의 피쳐일 수도 있다. 물리적 구조체 또는 피쳐는 기계 가공과 같은 임의의 메커니즘에 의해 형성될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 도파관 안으로 물리적 구조체 또는 피쳐(예를 들면, 홈)을 에칭하거나 또는 절단하기 위해 다이아몬드 선삭(diamond turning)이 사용될 수 있다. 몇몇 사례에서, 하나 이상의 물리적 피쳐는 도파관에 일체형일 수도 있다. 몇몇 사례에서, 하나 이상의 물리적 피쳐는 도파관 외부에 있을 수도 있고, 및/또는 본원의 다른 곳에서 설명되는 임의의 체결 메커니즘에 의해 도파관에 커플링/부착될 수도 있다. 코팅(454) 및/또는 표면 피쳐(455)에 대안적으로 또는 그에 추가하여, 도파관(451)은 소정의 방향을 향하는 파의 방향을 용이하게 하기 위해 표면 마킹을 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 도파관의 하나 이상의 표면은 소정의 방향에서 파의 산란을 용이하게 하는 소정의 광학적 속성을 갖는 도장된 마킹(painted marking)을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 그러한 도장된 마킹은, 인광성 물질을 여기시키기 위해 인광성 물질을 향하는 광의 산란을 용이하게 하는 백색 도장 도트(white painted dot)일 수도 있다. 도파관은 임의의 수의 그러한 도장된 도트(또는 다른 표면 마킹)를 포함할 수도 있다. 도파관은, 다른 착색된 도트를 비롯한 임의의 타입의 도장된 마킹을 포함할 수도 있다. 마킹은 패턴을 형성할 수도 있다. 패턴은 규칙적이거나 또는 불규칙할 수도 있다. 예를 들면, 도트는 일정한 간격으로 이격되거나 또는 불규칙하게 이격될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 그러한 도트는 별개의 마킹일 수도 있다.
본원에서 설명되는 광자 배터리 어셈블리 중 임의의 것은, 도 4b와 관련하여 설명되는 이색성 코팅과 같은 광학 필터와 광학적으로 연통하는 도파관을 포함할 수도 있거나, 또는 도 4b와 관련하여 설명되는 물리적 피쳐 및/또는 마킹을 포함하는 도파관을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 도 1의 광자 배터리 어셈블리(100)는 도파관과 인광성 물질(102) 사이에 배치되는 코팅과 광학적으로 연통하는 도파관(도시되지 않음)을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 도 4a의 광자 배터리 어셈블리(400)는 도파관(404)과 인광성 물질(402) 사이에 배치되는 코팅을 포함할 수도 있다.
도 5는 도파관을 갖는 다른 광자 배터리 어셈블리를 예시한다. 광자 배터리 어셈블리(500)는 광원(도시되지 않음), 인광성 물질(502), 광기전 전지(503), 및 도파관(506)을 포함할 수 있다. 도파관은 광기전 전지 및 인광성 물질에 인접할 수도 있다. 예를 들면, 도파관은 광기전 전지 및 인광성 물질에 의해 사이에 끼일 수도 있다. 다른 예에서, 도 5에서 도시되는 바와 같이, 도파관의 일부 표면은 인광성 물질에 인접할 수도 있고 도파관의 일부 표면은 광기전 전지에 인접할 수도 있다. 몇몇 사례에서, 추가적으로, 도파관은 광원에 인접할 수도 있다. 도파관을 갖는 광자 배터리 어셈블리의 구성은 도 5로 제한되지는 않는다.
인광성 물질(502)과 도파관(506) 사이의 접촉에 관계없이, 인광성 물질 및 도파관은 광학적으로 연통될 수도 있다. 광기전 전지(503)와 도파관 사이의 접촉에 관계없이, 광기전 전지와 도파관은 광학적으로 연통될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 광원과 도파관 사이의 접촉에 관계없이, 광원과 도파관은 광학적으로 연통될 수도 있다.
도파관(506)은 광기전 전지(503)와 접촉할 수도 있거나 또는 접촉하지 않을 수도 있다. 도파관과 광기전 전지가 접촉하는 경우, 도파관은 광기전 전지의 광 흡수 표면과 인터페이싱할 수 있다. 도파관과 광기전 전지는, 예컨대 체결 메커니즘을 통해, 계면에서 함께 커플링될 수 있거나 또는 체결될 수 있다. 몇몇 사례에서, 광기전 전지를 지니는 지지부 및/또는 도파관을 지니는 지지부는 계면에서 함께 커플링될 수도 있거나 또는 체결될 수도 있다. 체결 메커니즘의 예는, 폼 피팅 쌍, 후크 및 루프, 래치, 스테이플, 클립, 클램프, 프롱, 링, 브래드, 고무 밴드, 리벳, 그로멧, 핀, 타이, 스냅, 벨크로, 접착제, 테이프, 이들의 조합, 또는 임의의 다른 타입의 체결 메커니즘을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 몇몇 사례에서, 도파관은 접착 및/또는 점착 속성을 가질 수도 있고, 독립적인 체결 메커니즘 없이 광기전 전지에 부착될 수도 있다. 도파관 및 광기전 전지는 영구적으로 또는 분리 가능하게 함께 체결될 수 있다. 예를 들면, 도파관 및 광기전 전지는 도파관 및/또는 광기전 전지에 대한 손상 없이(또는 최소의 손상을 가지면서) 광자 배터리 어셈블리(500)로부터 분해될 수 있고 광자 배터리 어셈블리(500)로 재조립될 수 있다. 대안적으로, 접촉하는 동안, 도파관 및 광기전 전지는 함께 체결되지 않을 수도 있다.
도파관(506) 및 광기전 전지(503)가 접촉하지 않는 경우, 도파관은, 달리, 광기전 전지의 발광 표면과 광학적으로 연통될 수 있다. 예를 들면, 광기전 전지는 도파관의 발광 표면에 의해 방출되는 광의 광학적 경로 내에 위치될 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관과 광기전 전지 사이에 에어 갭이 있을 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관과 광기전 전지 사이에 다른 중간 층, 예컨대 다른 도파관이 있을 수 있다. 중간 층은 공기 또는 다른 유체일 수 있다. 중간 층은 도광부 또는 광학 엘리먼트(예를 들면, 렌즈, 반사기, 확산기, 빔 스플리터, 등등)의 다른 층일 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관과 광기전 전지 사이에 복수의 중간 층이 있을 수 있다.
도파관(506)은 인광성 물질(502)과 접촉할 수도 있거나 또는 접촉하지 않을 수도 있다. 도파관 및 인광성 물질이 접촉하는 경우, 도파관은 인광성 물질의 발광 표면과 인터페이싱할 수 있다. 도파관 및 인광성 물질은, 예컨대 체결 메커니즘을 통해 계면에서 함께 커플링되거나 또는 체결될 수 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질을 지니는 지지부 및/또는 도파관을 지니는 지지부는 계면에서 함께 커플링될 수도 있거나 또는 체결될 수도 있다. 체결 메커니즘의 예는, 폼 피팅 쌍, 후크 및 루프, 래치, 스테이플, 클립, 클램프, 프롱, 링, 브래드, 고무 밴드, 리벳, 그로멧, 핀, 타이, 스냅, 벨크로, 접착제, 테이프, 이들의 조합, 또는 임의의 다른 타입의 체결 메커니즘을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 몇몇 사례에서, 도파관은 접착 및/또는 점착 속성을 가질 수 있으며 독립적인 체결 메커니즘 없이 인광성 물질에 접착될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 인광성 물질은 접착 및/또는 점착 속성을 가질 수도 있고, 독립적인 체결 메커니즘 없이 도파관에 부착될 수도 있다. 예를 들면, 인광성 물질은 도파관 상에 도장되거나 또는 코팅될 수도 있다. 도파관 및 인광성 물질은 영구적으로 또는 분리 가능하게 함께 체결될 수 있다. 예를 들면, 도파관 및 인광성 물질은 도파관 및/또는 인광성 물질에 대한 손상 없이(또는 최소한의 손상을 가지고) 광자 배터리 어셈블리(500)로부터 분해될 수 있고 광자 배터리 어셈블리(500)로 재조립될 수 있다. 대안적으로, 접촉하는 동안, 도파관 및 인광성 물질은 함께 체결되지 않을 수도 있다.
도파관(506) 및 인광성 물질(502)이 접촉하지 않는 경우, 도파관은, 달리, 인광성 물질의 발광 표면과 광학적으로 연통될 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관과 인광성 물질 사이에는 다른 중간 층, 예컨대 다른 도파관이 있을 수 있다. 중간 층은 공기 또는 다른 유체일 수 있다. 중간 층은 도광부 또는 광학 엘리먼트(예를 들면, 렌즈, 반사기, 확산기, 빔 스플리터, 등등)의 다른 층일 수 있다. 몇몇 사례에서, 도파관과 인광성 물질 사이에 복수의 중간 층이 있을 수 있다.
도파관(506)은 인광성 물질(502)로부터 방출되는 제2 파장의 파를 광기전 전지(503)로 지향시키도록 구성될 수도 있다. 유리하게는, 도파관은 광 에너지(또는 다른 형태의 에너지)의 큰 효율성 및 최소 손실을 가지고 인광성 물질로부터의 광 에너지를 광기전 전지로 전달할 수도 있다. 인광성 물질은, 예컨대 등방성 방출에서, 방향 특이성(directional specificity) 없이 제2 파장의 광 에너지를 방출할 수도 있다. 도파관은 광기전 전지와 인광성 물질의 분산된 볼륨 사이에서 광학적 연통을 제공할 수도 있어서 - 이 경우, 그렇지 않으면, 인광성 물질의 일부 볼륨은 광기전 전지와 광학적으로 연통하지 않을 것임 - , 인광성 물질에 대한 광기전 전지의 유연한 배열을 허용할 수도 있다. 예를 들면, 도파관이 없으면, 인광성 물질로부터 방출되는 제2 파장의 광 에너지는, 그것이 광기전 전지에 어쨌든 도달하면, 광기전 전지의 바로 인접한 광 흡수 표면에 의해 가장 효율적으로 흡수될 수도 있다. 광기전 전지의 광 흡수 표면으로부터 멀어지게 방출되는 광 에너지는 그 과정에서 손실될 수도 있다. 인광성 물질과 광기전 전지 사이의 큰 표면적 계면이 인광성 물질로부터 광기전 전지로의 효율적인 광 에너지 전달을 용이하게 할 수도 있지만, 이것은 소형 에너지 저장 시스템을 구성할 때 비실용적이고 비용이 많이 들 수도 있다. 광기전 전지와 인광성 물질 사이의 광학적 연통을 용이하게 하는 도파관을 구현하는 것에 의해, 광기전 전지는, 광기전 전지와 인광성 물질이 바로 인접하지 않더라도, 인광성 물질로부터 광 에너지를 효율적으로 흡수할 수도 있다.
도파관(506)은 적어도 약 1 밀리미터(mm), 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 1 센티미터(cm), 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm의 또는 더 큰 최대 치수(예를 들면, 폭, 길이, 높이, 반경, 직경, 등등)를 가질 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 도파관은, 최대 약 50 cm, 40 cm, 30 cm, 20 cm, 15 cm, 10 cm, 5 cm, 4 cm, 3 cm, 2 cm, 1 cm, 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm의 또는 더 작은 최대 치수를 가질 수도 있다. 도파관은 정사각형, 직사각형(예를 들면, 약 1:1.1, 1:1.2, 1:1.3, 1:1.4, 1:1.5, 1:1.6, 1:1.7, 1:1.8, 1:1.9, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:10, 등등의 길이 대 폭에 대한 종횡비를 가짐), 또는 임의의 다른 형상일 수도 있다. 도파관은 플라스틱 또는 유리와 같은 물질을 포함할 수도 있다. 도파관은 사출 몰드(injection mold)에서 사용되는 물질을 포함할 수도 있다.
예를 들면, 도 5에서, 인광성 물질(502)로부터 방출되는 광 에너지는 광기전 전지(503)에 도달하기 위해 도파관(506)의 층을 통해 지향된다. 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, 인광성 물질(502)은, 예컨대 도 4a에서 예시되는 구성에서, 광원(도시되지 않음)으로부터 제1 파장의 광 에너지를 흡수했을 수도 있다. 도파관(506)은, 예컨대, 그러한 광 에너지가 광기전 전지(503)로 전달될 때까지 도파관(506) 내에서의 제2 파장의 광파(optical wave)의 내부 전반사(total internal reflection)를 허용하기 위한 굴절률을 가질 수도 있다. 도파관은 도파관에 인접한 어떠한 층보다 더 낮은 굴절률을 가질 수도 있다. 몇몇 사례에서, 도파관은 제1 표면으로부터 인광성 물질에 인접하고, 제2 표면으로부터 광기전 전지에 인접할 수도 있는데, 여기서 제1 표면 및 제2 표면은 실질적으로 직교한다. 몇몇 사례에서, 도파관은 (예를 들면, 도파관의 상이한 표면에 인터페이싱하는) 인광성 물질의 복수 층에 인접할 수도 있고, 인광성 물질의 복수의 층으로부터 수신되는 파를 광기전 전지로 지향시키도록 구성될 수도 있다.
도 6은 도파관을 갖는 다른 광자 배터리 어셈블리를 예시한다. 광자 배터리 어셈블리(600)는 광원(601), 인광성 물질(602), 광기전 전지(603), 제1 도파관(604), 및 제2 도파관(606)을 포함할 수 있다. 몇몇 사례에서, 제1 도파관(604)은 도 4와 관련하여 설명되는 도파관(404)에 대응할 수도 있다. 몇몇 사례에서, 제2 도파관(606)은 도 5와 관련하여 설명되는 도파관(506)에 대응할 수도 있다.
광자 배터리 어셈블리(600)는, 제1 도파관(604)이 제2 도파관(606)에 인접하고, 제2 도파관이 인광성 물질(602)에 인접하도록 구성될 수도 있다. 제1 도파관 및 인광성 물질 각각은, 실질적으로 평행한 제2 도파관의 두 표면에 인접할 수도 있다. 제1 도파관은 광원(601)에 인접할 수도 있다. 광원 및 제2 도파관은, 실질적으로 직교하는 제1 도파관의 두 표면에 인접할 수도 있다. 제2 도파관은 광기전 전지(603)에 인접할 수도 있다. 광기전 전지 및 인광성 물질은, 실질적으로 직교하는 제2 도파관의 두 표면에 인접할 수도 있다. 몇몇 사례에서, 광기전 전지 및 광원은 실질적으로 평행하고 및/또는 동일 평면일 수도 있다. 도파관을 갖는 광자 배터리 어셈블리의 구성은 도 6으로 제한되지는 않는다.
동작에서, 광자 배터리는, 제1 파장에서 광원(601)에 의해 방출되는 광 에너지를 인광성 물질(602)로 안내하는 제1 도파관(604)을 통해 충전될 수도 있다. 광원으로부터 수신되는 광 에너지는, 인광성 물질을 가로지르는 균일한 흡수 및 후속하는 여기를 위해, (최소의 에너지 손실을 가지면서) 제2 도파관(606)을 통과하도록 제1 도파관 내에서 (예를 들면, 반사 표면을 통해) 실질적으로 직각으로 반사될 수도 있다. 시간 지연 이후, 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, 인광성 물질은 제2 파장의 광 에너지를 방출할 수도 있다. 그러한 방출은 등방성일 수도 있다(예를 들면, 방향에 고유하지 않음). 방출된 광 에너지는, 광기전 전지에 의한 흡수를 위해, 제2 도파관에 의해, 예컨대, 내부 전반사를 통해, 광기전 전지로 지향될 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 방출된 광 에너지는 광기전 전지로 직접적으로 지향될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 제2 도파관은 내부 전반사를 허용하기 위해 제1 도파관의 것 및 인광성 물질의 것보다 더 낮은 굴절률을 가질 수도 있다. 도 6에서 예시되는 바와 같이, 광자 배터리는 유사한 구성으로 적층될 수도 있다.
도 7은 복수의 광자 배터리 어셈블리의 스택을 도시한다. 광자 배터리 어셈블리는, 상이한 소망되는 전압, 에너지 저장 용량, 전력 밀도, 및/또는 다른 배터리 속성을 달성하도록 연결될 수 있다. 예를 들면, 에너지 저장 시스템(700)은, 수직으로 또는 수평으로 적층되는, 제1 광자 배터리 어셈블리, 제2 광자 배터리 어셈블리, 제3 광자 배터리 어셈블리, 제4 광자 배터리 어셈블리, 및 등등의 스택을 포함할 수도 있다. 각각의 광자 배터리 어셈블리는, 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, 광원, 인광성 물질, 광기전 전지, 제1 도파관, 및 제2 도파관을 포함(또는 공유)할 수도 있다. 도 7이 함께 적층되는 여섯 개의 광자 배터리 어셈블리를 도시하지만, 임의의 수의 광자 배터리 어셈블리가 임의의 구성으로 함께 적층될 수 있다. 예를 들면, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 100, 200 개, 또는 더 많은 광자 배터리 어셈블리가 함께 적층될 수 있다. 도 7이 수평 및 수직 방향에서의 선형 그리드형 스택을 도시하지만, 어셈블리는 상이한 구성으로, 예컨대 동심(또는 원형) 스택으로 적층될 수 있다.
도 8은 중공 코어 도파관을 갖는 광자 배터리 어셈블리 스택에 대한 다른 구성의 분해도를 도시한다. 도파관(806)은 중공 코어를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 도파관은 중공 코어를 갖는 광섬유 또는 케이블일 수도 있다. 대안적으로, 도파관은 개구를 갖는 공동(cavity) 또는 트렌치(trench)를 가질 수도 있다. 도파관은 복수의 개구를 갖는 복수의 공동 또는 트렌치를 가질 수도 있다. 중공 코어(또는 공동 또는 트렌치)는, 예컨대 충전된 원통형 유닛을 형성하기 위해, 인광성 물질(802)에 의해 충전될 수도 있다. 대안적으로, 중공 코어는 임의의 형상(예를 들면, 직사각형, 삼각형, 육각형, 비다각형, 등등)일 수도 있다. 원통형 유닛은, 예컨대 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 200 개의, 또는 더 많은 유닛의 그룹에서, 선형적으로 적층될 수도 있다. 선형적으로 적층되는 원통형 유닛의 그룹은 광원 패널(801)에 의해 대향 측면 상에 끼워질 수도 있다. 몇몇 사례에서 단일의 광원 패널은 원통형 유닛의 길이를 따라 신장될 수도 있다. 대안적으로, 도 8에서 도시되는 바와 같이, 복수의 광원 패널이 단일의 원통형 유닛의 길이를 따라 간헐적으로 배치될 수도 있다. 몇몇 사례에서, 선형적으로 적층된 원통형 유닛의 그룹 및 사이에 끼우는(sandwiching) 광원 패널은 교대하는 층에서 적층될 수도 있다. 비록 이 예가 원통형 유닛의 각각의 단위 길이마다 다섯 개의 광원 패널과 교대하는 여섯 개의 선형적으로 적층된 원통형 유닛의 네 개 그룹을 도시하지만, 스택은 임의의 구성일 수도 있다(예를 들면, 26 개의 광원 패널과 교대하는 7 개의 선형적으로 적층된 원통형 유닛의 25 개 그룹). 광기전 전지(803)는 원통형 유닛의 단부에 인접하고, 원통형 유닛의 길이에 실질적으로 직교하고, 광원 패널에 실질적으로 직교할 수도 있다. 광자 배터리 어셈블리는, 도 8에서 예시되는 바와 같이, 직육면체 형상과 유사할 수도 있다. 광자 배터리 어셈블리는 도 8에서 예시되는 구성으로 제한되지는 않는다.
몇몇 사례에서, 광원 패널(801)은 광원(예를 들면, LED) 및 도파관을 포함할 수도 있다. 도파관은 도 4와 관련하여 설명되는 도파관(404)에 대응할 수도 있고 광원으로부터의 광 에너지를 상이한 원통형 유닛으로 지향시키도록 구성될 수도 있다. 도 9는 도 8의 광자 배터리 어셈블리 스택의 부분 측단면도를 예시한다. 광원(901)에 의해 방출되는 광 에너지는 (예를 들면, 광원 패널(801) 내의) 제1 도파관의 하나 이상의 반사 표면(905)에 의해 상이한 원통형 유닛 내의 인광성 물질(902)로 지향된다. 광 에너지는 제2 도파관(906)을 통과할 수도 있다(인광성 물질로부터 방출되는 광 에너지를 광기전 전지(도시되지 않음)로 지향시키도록 구성됨). 제1 도파관은, 예컨대 광 에너지를 (예를 들면, 선형 스택 내의) 상이한 원통형 유닛으로 균일하게 분배하기 위해, 광원(901)에 의해 방출되는 광 에너지의 광학적 경로의 방향에서 점점 더 커지는 반사 표면(예를 들면, 905)을 포함할 수도 있다.
각각의 광자 배터리 어셈블리는 도 1 내지 도 9에서 설명되는 바와 같이 구성될 수 있다. 대안적으로, 광자 배터리 어셈블리의 상이한 컴포넌트(예를 들면, 광원, 인광성 물질, 광기전 전지, 제1 도파관, 제2 도파관, 코팅, 등등)는 상이한 구성(예를 들면, 순서)으로 적층될 수 있다. 복수의 광자 배터리 어셈블리는 직렬로, 병렬로 또는 이들의 조합으로 전기적으로 연결될 수 있다. 몇몇 경우에, 각각의 광자 배터리 어셈블리 사이에 인터커넥트 및/또는 다른 전기 컴포넌트가 존재할 수도 있다. 몇몇 경우에, 컨트롤러는 하나 이상의 광자 배터리 어셈블리에 전기적으로 커플링될 수 있고 배터리 어셈블리의 각각 또는 배터리 어셈블리의 조합으로부터의 전력의 유입 및/또는 유출을 관리할 수 있을 수 있다.
도 10은 광자 배터리에 에너지를 저장하는 방법을 예시한다. 방법은, 제1 동작(1001)에서, 광원으로부터 제1 파장(예를 들면, λ1)의 광 에너지를 방출하는 것을 포함할 수 있다. 제1 파장의 광 에너지는 광원의 발광 표면으로부터 방출될 수 있다. 광원은, LED, 레이저, 또는 램프와 같은 인공 광원일 수 있다. 광원은 자연 광원일 수 있다. 광원은, 다른 에너지 저장 디바이스(예를 들면, 배터리, 수퍼커패시터, 커패시터, 연료 전지, 등등) 또는 다른 전력 공급부(예를 들면, 전기 그리드)와 같은 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
제2 동작(1002)에서, 광원에 인접하는 인광성 물질은 제1 파장의 광 에너지를 흡수할 수 있다. 광 에너지는 제1 도파관을 통해 광원으로부터 인광성 물질로 지향될 수도 있다. 예를 들면, 인광성 물질은 광원의 발광 표면에 인접할 수 있다. 몇몇 사례에서, 제1 파장은 자외선 파장(예를 들면, 20 내지 400 nm)일 수 있다.
다음 동작(1003)에서, 시간 지연 이후, 인광성 물질은 제2 파장(예를 들면, λ2)의 광 에너지를 방출할 수 있다. 몇몇 사례에서, 제1 파장은 가시 파장(예를 들면, 400 내지 700 nm)일 수 있다. 제2 파장은 제1 파장보다 더 클 수 있다. 즉, 제1 파장의 광 에너지는 제2 파장의 광 에너지보다 더 높은 에너지 레벨에 있을 수 있다. 몇몇 경우에, 인광성 물질에 의한 제1 파장의 광 에너지의 흡수 속도는 인광성 물질에 의한 제2 파장의 광 에너지의 방출 속도보다 더 빠를 수 있다.
다음 동작(1004)에서, 인광성 물질에 인접한 광기전 전지는 인광성 물질에 의해 방출되는 제2 파장의 광 에너지를 흡수할 수 있다. 광 에너지는 제2 도파관을 통해 인광성 물질로부터 광기전 전지로 지향될 수도 있다. 예를 들면, 광기전 전지의 광 흡수 표면은 제2 파장의 광 에너지를 흡수할 수 있다. 몇몇 경우에, 광기전 전지는 인광성 물질에 의해 방출되는 파장 또는 파장의 범위를 흡수하도록 맞춰질 수 있다. 몇몇 경우에, 광기전 전지의 광 흡수 표면은, 인광성 물질과 광기전 전지 사이의 증가된 계면의 표면적을 허용하기 위해, 대응하는 돌출부에 의해 정의되는 하나 이상의 함몰부를 포함할 수 있다.
다음 동작(1005)에서, 광기전 전지는 제2 파장의 흡수된 광 에너지를 변환하여 전력을 생성할 수 있다. 몇몇 경우에, 광기전 전지에 의해 생성되는 전력은, 광기전 전지에 전기적으로 커플링되는 전기 부하에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 전기 부하는, 이동 전화, 태블릿, 또는 컴퓨터와 같은 전자 디바이스일 수 있다. 전기 부하는 자동차, 보트, 비행기, 또는 기차와 같은 차량일 수 있다. 전기 부하는 전력 그리드일 수 있다. 몇몇 경우에, 광기전 전지에 의해 생성되는 전력의 적어도 일부는, 예컨대, 어떠한 전기 부하도 광기전 전지에 연결되지 않는 경우, 광원에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에, 광기전 전지에 의해 생성되는 전력의 적어도 일부는, 예컨대 어떠한 전기 부하도 광기전 전지에 연결되지 않는 경우, 재충전 가능 배터리(예를 들면, 리튬 이온 배터리)를 충전하기 위해 사용될 수 있다. 재충전 가능 배터리는, 이어서, 광원에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 유리하게는, 이 방법에서 사용되는 광자 배터리 어셈블리는 적어도 부분적으로 자체 유지될 수 있고 (예를 들면, 에너지의 비효율적인 변환으로부터의 에너지의 손실 이외의) 시스템으로부터의 에너지의 손실을 방지할 수 있다.
도 11은 컴퓨터 제어 시스템을 도시한다. 본 개시는 본 개시의 방법을 구현하도록 프로그래밍되는 컴퓨터 제어 시스템을 제공한다. 컴퓨터 시스템(1101)은, 본원에서 논의되는 몇몇 실시형태에 따라, 광자 배터리 어셈블리에서 하나 이상의 회로부를 조절하도록 프로그래밍되거나 또는 다르게는 구성된다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템(1101)은 컨트롤러, 마이크로컨트롤러, 또는 마이크로프로세서일 수 있다. 몇몇 경우에, 컴퓨터 시스템(1101)은 유저의 전자 디바이스 또는 전자 디바이스와 관련하여 원격에 위치되는 컴퓨터 시스템일 수 있다. 전자 디바이스는 모바일 전자 디바이스일 수 있다. 컴퓨터 시스템(1101)은, 광자 배터리 어셈블리와의 하나 이상의 전기 부하의 연결(들), 광자 배터리 어셈블리와의 하나 이상의 재충전 가능 배터리의 연결(들), 및/또는 광자 배터리 어셈블리 내에서의 광기전 전지와 광원의 연결(들)을 감지할 수 있을 수 있다. 컴퓨터 시스템(1101)은 직렬로 또는 병렬로 전기적으로 연결되는 광자 배터리 어셈블리의 각각 또는 조합으로부터의 전력의 유출 및/또는 유입을 관리할 수 있을 수도 있고, 몇몇 경우에는, 전원 및/또는 전기 부하와 개별적으로 또는 집합적으로 전기적으로 연통될 수 있을 수도 있다. 컴퓨터 시스템(1101)은 광자 배터리로부터의 전력의 방출 속도 및/또는 전기 부하에 의한 전력의 소비 속도를 계산할 수 있을 수도 있다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템은 그러한 계산에 기초하여, 광기전 전지로부터 방출되는 전력을 광원으로 지향시킬지, 외부 배터리(예를 들면, 리튬 이온 배터리)로 지향시킬지, 및/또는 전기 부하로 지향시킬지의 여부 및 그 방법을 결정할 수도 있다. 컴퓨터 시스템은 광자 배터리의 전력 입력 및/또는 전력 출력의 전압 또는 전류를 조정 또는 조절할 수 있을 수도 있다. 컴퓨터 시스템(1101)은 상이한 컴포넌트 설정을 조정 및/또는 조절할 수 있을 수도 있다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템은, 광자 배터리 어셈블리에서 광원에 의해 방출되는 광의 밝기, 강도, 컬러(예를 들면, 파장, 주파수, 등등), 맥동 주기, 또는 다른 광학적 특성을 조정 또는 조절할 수 있을 수도 있다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템은 광자 배터리에서 사용되는 인광성 물질의 타입에 따라 광원으로부터의 발광 설정을 조정하도록 구성될 수도 있다.
예를 들면, 컴퓨터 시스템(1101)은 광자 배터리 어셈블리의 상이한 충전 및/또는 방전 메커니즘을 조절할 수 있을 수 있다. 컴퓨터 시스템은 광자 배터리 어셈블리의 충전을 시작하기 위해 광원과 전력 공급부 사이의 전기적 연결을 턴온할 수도 있다. 컴퓨터 시스템은 광자 배터리 어셈블리의 충전을 중지하기 위해 광원과 전력 공급부 사이의 전기적 연결을 턴오프할 수도 있다. 컴퓨터 시스템은 광기전 전지와 전기 부하 사이의 전기적 연결을 턴온 또는 턴오프할 수도 있다. 몇몇 경우에, 컴퓨터 시스템은 광자 배터리 어셈블리의 충전 레벨(또는 백분율)을 검출할 수 있을 수도 있다. 컴퓨터 시스템은, 어셈블리가 완전히 충전되는(또는 거의 완전히 충전되는) 또는 방전되는(또는 거의 완전히 방전되는) 때를 결정할 수 있을 수도 있다. 몇몇 경우에, 컴퓨터 시스템은, 예컨대, 완전한 충전 또는 완전한 방전이 유해하게도 짧게 할 수 있는 광자 배터리 어셈블리의 수명을 유지 및/또는 증가시키기 위해, 광자 배터리 어셈블리의 소정의 범위의 충전 레벨(예를 들면, 5 % ~ 95 %, 10 % ~ 90 %, 등등)을 유지할 수 있을 수도 있다.
컴퓨터 시스템(1101)은 중앙 프로세싱 유닛(central processing unit)(CPU, 또한 본원에서는 "프로세서" 및 "컴퓨터 프로세서")(1105)를 포함하는데, 이것은 단일 코어 또는 멀티 코어 프로세서, 또는 병렬 프로세싱을 위한 복수의 프로세서일 수 있다. 컴퓨터 시스템(1101)은 또한 메모리 또는 기억 장소(1110)(예를 들면, 랜덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리, 플래시 메모리), 전자적 스토리지 유닛(1115)(예를 들면, 하드 디스크), 하나 이상의 다른 시스템과의 통신을 위한 통신 인터페이스(1120)(예를 들면, 네트워크 어댑터), 주변장치 디바이스(1125), 예컨대, 캐시, 다른 메모리, 데이터 스토리지 및/또는 전자 디스플레이 어댑터를 포함한다. 메모리(1110), 스토리지 유닛(1115), 인터페이스(1120) 및 주변장치 디바이스(1125)는 마더보드와 같은 통신 버스(실선)를 통해 CPU(1105)와 통신한다. 스토리지 유닛(1115)은 데이터를 저장하기 위한 데이터 스토리지 유닛(또는 데이터 저장소)일 수 있다. 컴퓨터 시스템(1101)은 통신 인터페이스(1120)의 도움으로 컴퓨터 네트워크("네트워크")(1130)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 네트워크(1130)는 인터넷(Internet), 인터넷(internet) 및/또는 엑스트라넷, 또는 인터넷(Internet)과 연통하는 인트라넷 및/또는 엑스트라넷일 수 있다. 몇몇 경우에 네트워크(1130)는 원격 통신(telecommunication) 및/또는 데이터 네트워크이다. 네트워크(1130)는, 클라우드 컴퓨팅과 같은 분산 컴퓨팅을 가능하게 할 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 서버를 포함할 수 있다. 네트워크(1130)는, 몇몇 경우에 컴퓨터 시스템(1101)의 도움으로, 피어 투 피어 네트워크(peer-to-peer network)를 구현할 수 있는데, 이것은 컴퓨터 시스템(1101)에 커플링되는 디바이스가 클라이언트 또는 서버로서 거동하는 것을 가능하게 할 수도 있다.
CPU(1105)는 프로그램 또는 소프트웨어로 구현될 수 있는 머신 판독 가능 명령어의 시퀀스를 실행할 수 있다. 명령어는 메모리(1110)와 같은 기억 장소에 저장될 수도 있다. 명령어는 CPU(1105)로 지향될 수 있는데, 명령어는 후속하여 본 개시의 방법을 구현하도록 CPU(1105)를 프로그래밍할 수 있거나 또는 다르게는 구성할 수 있다. CPU(1105)에 의해 수행되는 동작의 예는, 페치, 디코딩, 실행, 및 라이트백(writeback)을 포함할 수 있다.
CPU(1105)는 집적 회로와 같은 회로의 일부일 수 있다. 시스템(1101)의 하나 이상의 다른 컴포넌트가 회로에 포함될 수 있다. 몇몇 경우에, 회로는 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC)이다.
스토리지 유닛(1115)은, 드라이버, 라이브러리, 및 저장된 프로그램과 같은 파일을 저장할 수 있다. 스토리지 유닛(1115)은 유저 데이터, 예를 들면, 환경설정(user preferences) 및 유저 프로그램을 저장할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1101)은, 몇몇 경우에, 컴퓨터 시스템(1101) 외부에 있는, 예컨대, 인트라넷 또는 인터넷을 통해 컴퓨터 시스템(1101)과 통신하는 원격 서버 상에 위치되는 하나 이상의 추가적인 데이터 스토리지 유닛을 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템(1101)은 네트워크(1130)를 통해 하나 이상의 로컬 및/또는 원격 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템(1101)은 네트워크(1130)의 모든 로컬 에너지 저장 시스템과 통신할 수 있다. 다른 예에서, 컴퓨터 시스템(1101)은, 단일의 어셈블리 내의, 단일의 하우징 내의, 및/또는 단일의 스택의 어셈블리 내의 모든 에너지 저장 시스템과 통신할 수 있다. 다른 예에서, 컴퓨터 시스템(1101)은 유저의 원격 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 원격 컴퓨터 시스템의 예는, 개인용 컴퓨터(예를 들면, 휴대용 PC), 슬레이트 또는 태블릿 PC(예를 들면, Apple® 아이패드, Samsung® 갤럭시 탭), 전화, 스마트폰(예를 들면, Apple® 아이폰, 안드로이드 대응 디바이스, Blackberry®), 또는 개인 휴대형 정보 단말을 포함한다. 유저는 네트워크(1130)를 통해 컴퓨터 시스템(1101)에 액세스할 수 있다.
본원에서 설명되는 방법은, 컴퓨터 시스템(1101)의 전자적 저장 위치 상에, 예컨대, 예를 들면, 메모리(1110) 또는 전자적 스토리지 유닛(1115) 상에 저장되는 머신(예를 들면, 컴퓨터 프로세서) 실행 가능 코드를 통해 구현될 수 있다. 머신 실행 가능 코드 또는 머신 판독 가능 코드는 소프트웨어의 형태로 제공될 수 있다. 사용 동안, 코드는 프로세서(1105)에 의해 실행될 수 있다. 몇몇 경우에, 코드는 스토리지 유닛(1115)으로부터 검색되어 프로세서(1105)에 의한 즉석의 액세스를 위해 메모리(1110)에 저장될 수 있다. 몇몇 상황에서, 전자적 스토리지 유닛(1115)이 배제될 수 있고, 머신 실행 가능 명령어가 메모리(1110)에 저장된다.
코드는, 코드를 실행하도록 적응되는 프로세서를 구비하는 머신과의 사용을 위해 사전 컴파일되어 구성될 수 있거나, 또는 런타임 동안 컴파일될 수 있다. 코드는, 코드가 사전 컴파일된 양식으로 또는 컴파일시(as-compiled) 양식으로 실행되는 것을 가능하게 하기 위해 선택될 수 있는 프로그래밍 언어로 제공될 수 있다.
컴퓨터 시스템(1101)과 같은, 본원에 제공되는 시스템 및 방법의 양태는 프로그래밍으로 구현될 수 있다. 본 기술의 다양한 양태는, 통상적으로, 머신 판독 가능 매체의 타입으로 운반되거나 또는 구체화되는 머신(또는 프로세서) 실행 가능 코드 및/또는 관련 데이터의 형태인 "제품" 또는 "제조 물품"으로 생각될 수도 있다. 머신 실행 가능 코드는 전자적 스토리지 유닛, 예컨대 메모리(예를 들면, 리드 온리 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 플래시 메모리) 또는 하드 디스크 상에 저장될 수 있다. "스토리지" 타입 매체는, 컴퓨터, 프로세서 또는 등등, 또는 그 관련 모듈의 유형의 메모리 중 임의의 것 또는 모두, 예컨대, 소프트웨어 프로그래밍을 위해 임의의 시간에 비일시적 저장을 제공할 수도 있는, 다양한 반도체 메모리, 테이프 드라이브, 디스크 드라이브 및 등등을 포함할 수 있다. 소프트웨어의 전부 또는 일부는 때때로 인터넷 또는 다양한 다른 원격 통신 네트워크를 통해 전달될 수도 있다. 그러한 통신은, 예를 들면, 하나의 컴퓨터 또는 프로세서로부터 다른 것으로의, 예를 들면, 관리 서버 또는 호스트 컴퓨터로부터 애플리케이션 서버의 컴퓨터 플랫폼으로의 소프트웨어의 로딩을 가능하게 할 수도 있다. 따라서, 소프트웨어 엘리먼트를 지닐 수도 있는 다른 타입의 매체는, 유선 및 광학 지상 회선 네트워크를 통해 그리고 다양한 무선 링크를 통해, 예컨대, 로컬 디바이스 사이의 물리적 인터페이스에 걸쳐 사용되는, 광학, 전기 및 전자기 파를 포함한다. 그러한 파를 반송하는 물리적 엘리먼트, 예컨대 유선 또는 무선 링크, 광학 링크 또는 등등은 또한, 소프트웨어를 지니는 매체로 간주될 수도 있다. 본원에서 사용될 때, 비일시적인 유형의 "저장" 매체로 제한되지 않는 한, 컴퓨터 또는 머신 "판독 가능 매체"와 같은 용어는, 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공함에 있어서 참가하는 임의의 매체를 지칭한다.
그러므로, 컴퓨터 실행 가능 코드와 같은 머신 판독 가능 매체는, 유형의 저장 매체, 반송파 매체 또는 물리적 송신 매체를 포함하는 그러나 이들로 제한되지는 않는 많은 형태를 취할 수도 있다. 불휘발성 저장 매체는, 예컨대, 도면에서 도시되는 데이터베이스, 등등을 구현하기 위해 사용될 수도 있는 임의의 컴퓨터(들) 또는 등등에서의 스토리지 디바이스 중 임의의 것과 같은, 예를 들면 광학 또는 자기 디스크를 포함한다. 휘발성 저장 매체는 그러한 컴퓨터 플랫폼의 메인 메모리와 같은 동적 메모리를 포함한다. 유형의 송신 매체는 동축 케이블; 컴퓨터 시스템 내에 버스를 포함하는 와이어를 비롯한, 구리 와이어 및 광섬유를 포함한다. 반송파 송신 매체는, 무선 주파수(radio frequency; RF) 및 적외선(infrared; IR) 데이터 통신 동안 생성되는 것들과 같은 음파 또는 광파, 또는 전기 또는 전자기 신호의 형태를 취할 수도 있다. 따라서, 컴퓨터 판독 가능 매체의 일반적인 형태는 예를 들면 다음의 것을 포함한다: 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, DVD 또는 DVD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드 종이 테이프, 홀 패턴을 갖는 임의의 다른 물리적 저장 매체, RAM, ROM, PROM 및 EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 데이터 또는 명령어를 운반하는 반송파, 그러한 반송파를 운반하는 케이블 또는 링크, 또는 컴퓨터가 프로그래밍 코드 및/또는 데이터를 판독할 수도 있는 임의의 다른 매체. 이들 형태의 컴퓨터 판독 가능 매체 중 많은 것은, 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 실행을 위해 프로세서로 전달함에 있어서 수반될 수도 있다.
컴퓨터 시스템(1101)은, 예를 들면, 유저 제어 옵션(예를 들면, 충전 시작 또는 중단, 전기 부하에 대한 전력 공급의 시작 또는 중단, 전력을 자체 충전으로 다시 경로 지정하는 것, 등등)을 제공하기 위한 유저 인터페이스(user interface; UI)(1140)를 포함하는 전자 디스플레이(1135)를 포함할 수 있거나 또는 그 전자 디스플레이(1135)와 통신할 수 있다. UI의 예는, 그래픽 유저 인터페이스(graphical user interface; GUI) 및 웹 기반의 유저 인터페이스를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
본 개시의 방법 및 시스템은 하나 이상의 알고리즘을 통해 구현될 수 있다. 알고리즘은 중앙 프로세싱 유닛(1105)에 의한 실행시 소프트웨어를 통해 구현될 수 있다. 알고리즘은, 예를 들면, 광자 배터리 어셈블리와의 하나 이상의 전기 부하의 연결(들), 광자 배터리 어셈블리와의 하나 이상의 재충전 가능 배터리의 연결(들), 및/또는 광자 배터리 어셈블리 내의 광기전 전지 및 광원의 연결(들)을 감지하는 것에 기초하여, 예를 들면, 광자 배터리 어셈블리의 회로부 또는 광자 배터리 어셈블리의 스택을 변경할 수 있다. 알고리즘은 직렬로 또는 병렬로 전기적으로 연결되는 광자 배터리 어셈블리의 각각 또는 조합으로부터의 전력의 유출 및/또는 유입을 관리할 수 있을 수도 있고, 몇몇 경우에는, 전원 및/또는 전기 부하와 개별적으로 또는 집합적으로 전기적으로 연통될 수 있을 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태가 본원에서 도시되고 설명되지만, 그러한 실시형태는 단지 예로서 제공된다는 것이 기술 분야의 숙련된 자에게는 명백할 것이다. 본 명세서 내에서 제공되는 특정한 예에 의해 본 발명이 제한되어야 한다는 것은 의도되지 않는다. 본 발명은 전술한 명세서를 참조하여 설명되었지만, 본원의 실시형태의 설명 및 예시는 제한적인 의미로 해석되도록 의도되지는 않는다. 본 발명을 벗어나지 않으면서, 기술 분야의 숙련된 자는 이제 수많은 변형, 변경, 및 치환을 떠올릴 것이다. 더구나, 본 발명의 모든 양태는, 다양한 조건 및 변수에 의존하는 본원에 기술되는 특정한 묘사, 구성 또는 상대적 비율로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 할 것이다. 본 발명을 실시함에 있어서 본원에서 설명되는 본 발명의 실시형태에 대한 다양한 대안예가 활용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 또한 임의의 그러한 대안예, 수정예, 변형예 또는 등가예를 또한 포괄해야 한다는 것이 고려된다. 이하의 청구범위는 본 발명의 범위를 정의한다는 것 및 이들 청구범위의 범위 내의 방법 및 구조체 및 그들의 등가물은 그에 의해 포괄되어야 한다는 것이 의도된다.

Claims (42)

  1. 에너지를 저장하기 위한 시스템으로서,
    광원 - 상기 광원은, 상기 광원의 표면으로부터 제1 파장의 광 에너지를 방출하도록 구성됨 - ;
    인광성 물질(phosphorescent material) - 상기 인광성 물질은, (i) 상기 제1 파장의 상기 광 에너지를 흡수하도록, 그리고 (ii) 흡수 속도보다 더 느린 속도로, 제2 파장의 광 에너지를 방출하도록 구성되고, 상기 제2 파장은 상기 제1 파장보다 더 큼 - ;
    상기 인광성 물질에 인접한 광기전 전지(photovoltaic cell) - 상기 광기전 전지는, (i) 상기 제2 파장의 광 에너지를 흡수하도록, 그리고 (ii) 광 에너지로부터 전력을 생성하도록 구성됨 - ; 및
    상기 인광성 물질에 인접한 도파관(waveguide) - 상기 도파관은, (i) 상기 광원으로부터의 상기 제1 파장의 상기 광 에너지를 상기 인광성 물질로 지향시키도록 또는 (ii) 상기 인광성 물질로부터의 상기 제2 파장의 상기 광 에너지를 상기 광기전 전지로 지향시키도록 구성됨 -
    을 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도파관은, 상기 광원으로부터의 상기 제1 파장의 상기 광 에너지를 상기 인광성 물질로 지향시키도록 구성되고, 상기 시스템은, 상기 인광성 물질로부터의 상기 제2 파장의 상기 광 에너지를 상기 광기전 전지로 지향시키도록 구성되는 제2 도파관을 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 도파관과 상기 인광성 물질은 동심인(concentric), 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도파관은, 상기 광원으로부터의 상기 제1 파장의 상기 광 에너지를 상기 인광성 물질로 지향시키도록 구성되고, 상기 도파관은 상기 광원에 인접한, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 도파관은 상기 광원과 접촉하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 도파관은, 상기 인광성 물질로부터의 상기 제2 파장의 상기 광 에너지를 상기 광기전 전지로 지향시키도록 구성되고, 상기 도파관은 상기 광기전 전지에 인접한, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 도파관은 상기 광기전 전지와 접촉하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 도파관은 하나 이상의 반사 표면을 포함하며, 상기 반사 표면은, (i) 상기 광원으로부터의 상기 제1 파장의 상기 광 에너지를 상기 인광성 물질로 지향시키도록 또는 (ii) 상기 인광성 물질로부터의 상기 제2 파장의 상기 광 에너지를 상기 광기전 전지로 지향시키도록 구성되는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 도파관은, 상기 도파관 내의 광학적 경로를 따라 점차적으로 커지는 반사 표면을 갖는 복수의 반사 표면을 포함하여, 상기 광원으로부터의 파(wave)의 제1 세트는, 인광성 물질의 제1 볼륨의 여기를 위해 상기 복수의 반사 표면 중 제1 반사 표면에서 반사되도록 구성되고, 상기 광원으로부터의 파의 제2 세트는, 인광성 물질의 제2 볼륨의 여기를 위해 상기 복수의 반사 표면 중 제2 반사 표면에서 반사되도록 구성되게 하며, 인광성 물질의 상기 제2 볼륨은 인광성 물질의 상기 제1 볼륨보다 상기 광원으로부터 더 먼 거리에 배치되는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광원은 발광 다이오드(light-emitting diode; LED)인, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 재충전 가능 배터리(rechargeable battery)가 상기 광원 및 상기 광기전 전지에 전기적으로 커플링되고, 상기 광기전 전지에 의해 생성되는 상기 전력의 적어도 일부는 상기 재충전 가능 배터리를 충전하고, 상기 재충전 가능 배터리에 의해 방전되는 전력의 적어도 일부는 상기 광원에 전력을 공급하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 인광성 물질은 스트론튬 알루미네이트(strontium aluminate) 및 유로퓸(europium)을 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 인광성 물질은 디스프로슘(dysprosium)을 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 인광성 물질은, 약 5 마이크로미터 미만의 입자 사이즈를 갖는 그레인(grain)을 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 인광성 물질은, 약 20 나노미터 미만의 입자 사이즈를 갖는 그레인을 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 도파관에 인접하고 상기 도파관과 접촉하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 상기 광원은 상기 도파관 및 상기 인광성 물질과 접촉하지 않는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 광원은 상기 도파관 및 상기 인광성 물질로부터 멀리 떨어져 위치되며, 상기 광원은 상기 도파관과 광학적으로 연통하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 상기 도파관 상의 코팅을 더 포함하며, 상기 코팅은 상기 도파관 및 상기 인광성 물질과 광학적으로 연통하고, 상기 코팅은 광학 필터를 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 광학 필터는 이색성(dichroic) 엘리먼트인, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  21. 제19항에 있어서, 상기 광학 필터는, 상기 도파관으로부터의 상기 제1 파장을 갖는 파를 상기 인광성 물질로 전달하도록 그리고 상기 인광성 물질로부터의 상기 제2 파장을 갖는 파를 상기 인광성 물질로 되반사하도록 구성되는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  22. 제19항에 있어서, 상기 코팅은 상기 도파관 및 상기 인광성 물질과 접촉하는, 에너지를 저장하기 위한 시스템.
  23. 에너지를 저장하기 위한 방법으로서,
    (a) 광원의 표면으로부터 제1 파장의 광 에너지를 방출하는 단계;
    (b) 제1 도파관을 통해, 상기 제1 파장의 상기 광 에너지를 인광성 물질로 지향시키는 단계;
    (c) 상기 제1 파장의 상기 광 에너지의 흡수 속도보다 더 느린 속도로, 상기 인광성 물질에 의해, 제2 파장의 광 에너지를 방출하는 단계 - 상기 제2 파장은 상기 제1 파장보다 더 큼 - ;
    (d) 제2 도파관을 통해, 상기 제2 파장의 상기 광 에너지를 광기전 전지로 지향시키는 단계 - 상기 광기전 전지의 상기 표면은 상기 인광체에 인접함 - ; 및
    (e) 상기 제2 파장의 상기 광 에너지로부터 전력을 생성하는 단계
    를 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제2 도파관과 상기 인광성 물질은 동심인, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 제1 도파관은 상기 광원에 인접한, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  26. 제23항에 있어서, 상기 제2 도파관은 상기 광기전 전지에 인접한, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  27. 제23항에 있어서, 상기 제1 도파관은 하나 이상의 반사 표면을 포함하며, 상기 반사 표면은, 상기 광원으로부터의 상기 제1 파장의 상기 광 에너지를 상기 인광성 물질로 지향시키도록 구성되는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 제1 도파관은, 상기 제1 도파관 내의 광학적 경로를 따라 점차적으로 커지는 반사 표면을 갖는 복수의 반사 표면을 포함하여, 상기 광원으로부터의 파의 제1 세트는, 인광성 물질의 제1 볼륨의 여기를 위해 상기 복수의 반사 표면 중 제1 반사 표면에서 반사되도록 구성되고, 상기 광원으로부터의 파의 제2 세트는, 인광성 물질의 제2 볼륨의 여기를 위해 상기 복수의 반사 표면 중 제2 반사 표면에서 반사되도록 구성되게 하며, 인광성 물질의 상기 제2 볼륨은 상기 제1 볼륨보다 상기 광원으로부터 더 먼 거리에 배치되는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  29. 제23항에 있어서, 상기 광원은 발광 다이오드(LED)인, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  30. 제23항에 있어서, 재충전 가능 배터리가 상기 광원 및 상기 광기전 전지에 전기적으로 커플링되고, 상기 광기전 전지에 의해 생성되는 상기 전력의 적어도 일부는 상기 재충전 가능 배터리를 충전하고, 상기 재충전 가능 배터리에 의해 방전되는 전력의 적어도 일부는 상기 광원에 전력을 공급하는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  31. 제23항에 있어서, 상기 인광성 물질은 스트론튬 알루미네이트 및 유로퓸을 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 인광성 물질은 디스프로슘을 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  33. 제23항에 있어서, 상기 인광성 물질은, 약 5 마이크로미터 미만의 입자 사이즈를 갖는 그레인을 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  34. 제23항에 있어서, 상기 인광성 물질은, 약 20 나노미터 미만의 입자 사이즈를 갖는 그레인을 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  35. 제23항에 있어서, 상기 광원은 상기 제1 도파관과 접촉하는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  36. 제23항에 있어서, 상기 광원은 상기 제1 도파관 및 상기 인광성 물질과 접촉하지 않는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 광원은 상기 제1 도파관 및 상기 인광성 물질로부터 멀리 떨어져 위치되며, 상기 광원은 상기 제1 도파관과 광학적으로 연통하는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  38. 제23항에 있어서, 상기 제1 도파관은 상기 제1 도파관 상의 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 상기 제1 도파관 및 상기 인광성 물질과 광학적으로 연통하고, 상기 코팅은 광학 필터를 포함하는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 광학 필터는 이색성 엘리먼트인, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  40. 제38항에 있어서, 상기 광학 필터는, 상기 제1 도파관으로부터의 상기 제1 파장을 갖는 파를 상기 인광성 물질로 전달하도록 그리고 상기 인광성 물질로부터의 상기 제2 파장을 갖는 파를 상기 인광성 물질로 되반사하도록 구성되는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  41. 제38항에 있어서, 상기 코팅은 상기 도파관 및 상기 인광성 물질과 접촉하는, 에너지를 저장하기 위한 방법.
  42. 무선 충전을 위한 방법으로서,
    (a) 배터리 어셈블리를 제공하는 단계로서, 상기 배터리 어셈블리는:
    (i) 제1 파장의 광 에너지를 흡수하도록, 그리고 (ii) 흡수 속도보다 더 느린 속도로, 제2 파장의 광 에너지를 방출하도록 구성되는 인광성 물질 - 상기 제2 파장은 상기 제1 파장보다 더 큼 - ;
    상기 인광성 물질에 인접한 광기전 전지 - 상기 광기전 전지는, (i) 상기 제2 파장의 광 에너지를 흡수하도록, 그리고 (ii) 광 에너지로부터 전력을 생성하도록 구성됨 - ; 및
    상기 인광성 물질에 인접한 도파관 - 상기 도파관은, (i) 광원으로부터의 상기 제1 파장의 상기 광 에너지를 상기 인광성 물질로 지향시키도록 또는 (ii) 상기 인광성 물질로부터의 상기 제2 파장의 상기 광 에너지를 상기 광기전 전지로 지향시키도록 구성됨 -
    을 포함하는, 상기 배터리 어셈블리를 제공하는 단계 ; 및
    (b) 상기 광원으로부터의 상기 제1 파장의 광 에너지를 상기 도파관으로 제공하는 단계 - 상기 광원은 상기 도파관 및 상기 인광성 물질과 접촉하지 않고, 상기 광원은 상기 도파관과 광학적으로 연통하고, 광원의 표면으로부터 제1 파장의 광 에너지를 방출하고, 그에 의해, 상기 배터리 어셈블리를 충전함 -
    를 포함하는, 무선 충전을 위한 방법.
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