KR20220056867A - 사용자에게 정보를 디스플레이하기 위한 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 정보를 디스플레이하기 위한 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 사용자에게 정보를 디스플레이하기 위해 광을 방출하도록 배열된 방출 디바이스 ― 방출 디바이스는 광의 세기가 높은 값과 낮은 값 사이에서 변하도록 펄스식 방식으로 광을 방출하도록 적응됨 ―, 패널을 포함하는 선택적 뷰잉 디바이스를 포함하며, 패널은 사용자가 디스플레이되는 정보를 시각적으로 지각하기 위해, 그 패널을 통해 방출 디바이스에 의해 방출되는 광을 볼 수 있도록 적응되고, 패널은 높은 투명도 상태와 낮은 투명도 상태 사이에서 변할 수 있는 가변 투명도를 가지며, 상기 시스템은 높은 세기 값으로 광을 방출하는 방출 디바이스의 상태 및 높은 투명도의 선택적 뷰잉 디바이스의 패널의 상태가 시간적으로 중첩되도록 방출 디바이스와 선택적 뷰잉 디바이스를, 동기화시키도록 적응되고, 상기 시스템은 주변 광을 시스템에 공급되는 전기 에너지로 변환하도록 배열된 광전 변환 수단을 더 포함한다.

Description

사용자에게 정보를 디스플레이하기 위한 시스템

본 발명은 이미지의 선택적 뷰잉 및 디스플레이를 위한 시스템에 관한 것이다.

예를 들어, 낮 동안 실외에서와 같은 밝은 조명 환경에서, 예를 들어 노트북 화면 또는 최신 스마트 폰을 사용할 때, 종종, 디바이스의 밝기(brightness)가 디스플레이되는 콘텐츠를 판독하는 데 적합하지 않은 경우가 흔히 발생한다. 간단히 말해서, 양호한 콘트라스트(contrast)를 허용하기에는, 화면의 밝기에 비해 주변 광이 너무 밝다. 물론, 이는 실내 환경 또는 일반적으로 조명이 덜 밝은 환경으로 이동함으로써 해결될 수 있다. 그러나, 그렇게 하는 것은 실용적이지 않을 수 있다. 더욱이, 이를 수행하는 것은 디바이스의 사용의 용이성을 감소시킨다.

심지어 실내에서도, 강렬하게 밝은 현장 앞에 세워진 화면에 대해, 예를 들어, 밝은 여름날에 밖이 보이는 창문 앞에 배치될 때, 콘트라스트가 감소될 수 있다. 이 경우에, 화면에 의해 디스플레이되는 콘텐츠를 편안하게 보기에는 주변 광 세기가 너무 높기 때문에, 뷰어는 화면을 볼 때 콘트라스트가 불량하다는 것을 지각할 수 있다.

유사하게, 예컨대 주변으로부터의 밝은 광이 화면으로부터 반사되어 디스플레이된 정보를 마스킹하면, 화면 자체 상의 반사로 인해 감소된 콘트라스트를 또한 경험할 수 있다.

(부수적으로) 이 문제와 관련된 하나의 문헌은 US 2012/0194657 A1이며, 여기서 콘트라스트에 영향을 미치는 현상은 다음의 단락에서 설명된다: 셔터 글래스(shutter glasses)의 일반적인 목적은 2D 디스플레이로부터의 3D 비전을 가능하게 하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 2개의 비-동기화된 개별 셔터 글래스 요소를 포함하는 한 쌍의 셔터 글래스는, 광을 교대 방식으로 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 투과하도록 구성되며, 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 각각 하나씩, 두 개의 인터레이스된 비디오 신호가 디인터레이스되며, 이는 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 올바르게 게이팅됨을 의미한다. 간단히 말해서, 각각의 셔터 글래스는, 그 뒤에 있는 눈(좌측 또는 우측)에 이미지가 정확하게 노출되도록 개방되는 한편, 부정확한 이미지가 보여질 때는 폐쇄된다.

종종, 방출 화면과 그러한 셔터 글래스 사이의 견고한 동기화는 좌측 및 우측 이미지 사이에서 스위칭할 때 짧은 어두운 갭을 이용함으로써 가능해진다.

이러한 광 방출 갭은, 비디오 화면의 일부인 LCD 결정이 2개의 연속적인 이미지 사이에서 재배향될 때 도입될 수 있는 아티팩트(artifacts)의 억제를 포함하는 다수의 목적을 갖는다. 셔터 글래스와 비디오 화면의 동기화를 위해, 이러한 어두운 갭은, 이들이 셔터 개방 시간이 의도된 이미지 프레임 당 대부분의 광을 투과시킬 정도로 충분히 긴 것을 보장하면서 이전 또는 후속 이미지에 속하는 광을 투과시킬 위험을 감수하는 데 사용될 수 있기 때문에 유익할 수 있다. 화면의 어두움 기간에서 셔터 글래스를 스위칭하는 것은, 셔터 글래스의 온(on)으로부터 오프(off)로의 (또는 그 반대로) 스위칭 시간이 전체 뷰잉 기간의 상당한 부분만큼 길었던 경우에 특히 유익할 수 있다.

그러한 3D 비디오 셔터 글래스에 대한 통상적인 작동 특성은 비디오 화면의 120Hz 방출률(emission rate)이며, 이는 셔터 글래스 요소 당 60Hz를 의미하며, 이는 16.66ms 동안 지속되는 전체 기간과 동등하지만, 통상적으로 개방 및 폐쇄 시간은 전체 기간 당 수 밀리 초까지 합산될 수 있다.

비디오 화면에 의해 방출된 이미지 프레임 사이의 짧은 어두운 기간이 느리게 반응하는 셔터 글래스로 게이팅을 보다 견고하게 만든다는 것을 쉽게 알 수 있지만, 정확한 동기화와의 조합은 전체 뷰잉 기간의 중요한 부분에 걸쳐 단일 셔터 글래스가 개방되는 것은 아니라는 것을 의미한다. 부작용으로서, 주변 광이 눈에 띄게 감소된다.

본 발명에 의해 해결되는 다른 요점은 에너지 절약에 대한 요구이다. 다수의 애플리케이션(예컨대, 노트북 또는 다른 유형의 휴대용 컴퓨터에 관한 한)에서, 화면의 에너지 소비가 다소 높으며, 이는 배터리를 재충전할 필요 없이 컴퓨터를 사용할 수 있는 시간 범위의 감소로 이어진다. 이는 특히, 이미지의 용인 가능한 콘트라스트를 갖기 위해 화면의 밝기를 높여야 하는(turn up) 태양광 환경에 적용된다. 그러나, 밝기를 높이는 것은 더 높은 에너지 소비로 이어지고, 이는 결국, 배터리 수명을 감소시킨다.

종래의 포켓 계산기와 같은 다른 컴퓨팅 디바이스의 배터리 수명을 증가시키기 위해, 태양 전지판(solar panel)이 통합되었다. 전형적으로, 백라이트가 없는 단순한 LCD 디스플레이를 갖는 그러한 계산기의 경우에, 에너지 소비가 다소 낮아서, 통상적으로 매우 작은 태양 전지가 그러한 계산기에 전력을 공급할 수 있다. 그러나, 더 높은 전력 소비를 갖는 디바이스, 이를 테면 노트북 컴퓨터의 경우, 컴퓨터에 통합된 그러한 태양 전지판을 사용하여 디바이스에 전력을 공급하는 것이 종래 기술에서는 단순히 실현 가능하지는 않다.

특히, 종래 기술의 디바이스에서, 태양 전지가 노트북 화면의 전력 소비만을 보상해야 하는데, 이는 밝은 환경에서 노트북의 광원(통상적으로 LED 또는 OLED)에 의해 좌우되며, 이는 노트북의 화면보다 영역이 상당히 더 클 필요가 있다. 특히, 동일한 밝기를 달성하기 위해, 태양 전지와 화면 사이의 크기 비는 인입 태양광을 노트북 화면에 사용될 수 있는 광으로 변환하기 위해 수반되는 모든 구성요소의 효율보다 더 작지 않아야 한다. 이는 노트북 화면의 크기와 관련하여 태양 전지 크기에 대한 하한을 설정한다:

크기비 > 효율 = Q_solarcell * Q_led * Q_lcd_matrix = 0.2 * 0.5 * 0.5= 1/20, 여기서 수치는 보수적인 추정치이다. 위의 방정식에서, 크기비는 노트북 화면/영역 태양 전지의 비를 정의한다. Q_solarcell은 태양 전지의 에너지 변환 효율이고, Q_led는 화면에 사용되는 광을 생성하는 LED의 효율이며, Q_lcd_matrix는 화면에서 사용되는 LCD 매트릭스의 효율을 지칭한다. 즉, 상이하게 말하면, 태양 전지가 태양광을 받는 주변과 동일한 밝기를 달성해야 한다면, 태양 전지는 화면의 크기의 약 20배일 필요가 있다.

대략 20cm * 30cm의 크기를 갖는 노트북 화면을 사용하는 것은, 노트북에 부착된 태양 전지의 영역이 대략 1.2㎡일 필요가 있음을 의미하며, 이는 무거울뿐만 아니라 대부분의 테이블에 맞지 않는다. 뷰어가 태양광 세기의 1/5과 동일한 화면 세기에 만족하면, 이 영역은 여전히 0.24㎡, 또는 화면의 영역의 4배일 것이다. 다시 말해서, 배터리 수명을 상당히 연장시키기 위해, 거대한 태양 전지를 들고 다닐 필요가 있다. 더 작은 태양 전지는 배터리 수명을 연장시킬 수 있지만, 화면 조명을 완전히 보상할 수 없는 노트북의 치수를 갖는 태양 전지는 감소된 이익을 전달할 가능성이 높고, 시스템이 더 많은 전기 에너지를 수확(harvest)하기 위해 의도적으로 강렬한 태양광으로 전달될 때 비생산적일 수 있다.

본 발명자는 2개의 문제점을 인식했다. 우선, 보다 에너지 효율적인 휴대용 컴퓨터, 또는 보다 일반적으로는 정보를 디스플레이하기 위한 시스템을 제공할 필요성이 있다. 특히, 예를 들어, 쉽게 이용 가능한 전기 네트워크가 없는 외딴 환경에서 작업할 때는, 태양광만을 사용하여 작동하는 컴퓨터를 갖는 것이 명백하게 이점이 있다. 이는 또한, 해변 또는, 예컨대, 통상적으로 쉽게 이용 가능한 전력 소켓을 갖지 않는 정원 또는 공공 공원에 앉아 있을 때 적용된다.

본 발명자가 직면한 또 다른 문제는, 위에서 지적한 바와 같이, 특히 실외에서 작업할 때 콘트라스트를 증가시키는 것이었다. 위에서 제시된 바와 같이, 태양광에 앉아 있을 때, 정상적인 노트북 상에서 컴퓨터 화면을 판독하는 것은 어렵고, 세기를 높이는 것은 많은 에너지를 소비하는데, 이는 배터리에 의해 전력을 공급받는 컴퓨터를 사용할 때 쉽게 이용 가능하지 않다. 더욱이, 화면의 필요한 높은 세기에 대해, 태양 전지판에 의한 전력 공급은 불충분할 것이라는 것이 명백하다.

본 발명은 위의 2개의 문제를 해결한다.

본 발명은 제1항에서 규정된다. 종속 청구항은 바람직한 실시예를 규정한다.

본 발명자는, 화면을 보기 위해 동기화된 고글(선택적 뷰잉 디바이스)과 함께 화면(방출 디바이스)의 일부로서 펄스식 광원을 사용하는 경우, 화면의 에너지 소비가 낮아져서, 화면 크기의 태양 전지판에 의해 화면에 전력을 공급하는 것이 대략적으로 실현 가능해진다는 것을 주목했다.

제1항에 따르면, 정보를 디스플레이하기 위한 시스템은 사용자에게 정보를 디스플레이하도록 광을 방출하도록 배열된 방출 디바이스를 포함한다. 그러한 방출 디바이스는, 예를 들어 컴퓨터 또는 노트북 화면일 수 있다.

방출 디바이스는 높은 값과 낮은 값 사이에서 광의 세기가 변하도록 펄스식 방식으로 광을 방출하도록 적응된다. 그러한 세기 변동은 지각된 광의 밝기 변동을 초래한다. 광이 펄스식 방식으로 방출된다는 것은, 통상적으로 반복되는 방식으로, 광이 일부 시간 기간 동안 더 높은 세기 값으로 방출되고, 그러한 시간 기간 사이에서 더 낮은 세기로 방출된다는 것을 의미한다. 높은 세기의 펄스의 반복률은 가시적인 깜빡거림을 회피하기 위해 충분히 높게 선택된다(통상적으로, 반복률은 50Hz보다 더 높다).

정보를 디스플레이하기 위한 시스템은 패널을 포함하는 선택적 뷰잉 디바이스를 더 포함한다. 그러한 선택적 뷰잉 디바이스는, 예를 들어, 사용자에 의해 착용될 안경(spectacles)일 수 있으며, 여기서 그러한 안경의 글래스는 패널을 형성할 것이다. 패널은, 디스플레이되는 정보를 시각적으로 지각하기 위해, 사용자가 그 패널을 통해 방출 디바이스에 의해 방출되는 광을 볼 수 있도록 적응된다. 패널은 높은 투명도의 상태와 낮은 투명도의 상태 사이에서 변할 수 있는 가변 투명도를 갖는다. 높은 투명도 및 낮은 투명도는, 패널을 통한 가시광의 투과가 가시광이 낮은 투명도 상태에서는 크게 차단되고, 높은 투명도 상태에서는 크게 증가된다는 것을 의미한다. 높은 투명도 상태는, 낮은 투명도와 비교하여, 광 투과율이 적어도 30배, 바람직하게는 적어도 100배, 가장 바람직하게는 적어도 300배 더 높은 상태를 지칭한다.

패널이 LCD 셔터 글래스를 포함하는 본 발명의 실제 실시예에서, 경계가 덜 선명하게 규정되도록, 완벽한 탑 햇 함수(top hat function)로부터의 시간-의존 투과 함수의 편차가 발생할 수 있다.

시스템은, 높은 세기 값으로 광을 방출하는 방출 디바이스의 상태 및 높은 투명도의 선택적 뷰잉 디바이스의 패널의 상태가 시간적으로 중첩되도록 방출 디바이스와 선택적 뷰잉 디바이스를 동기화시키도록 적응된다. 중첩함으로써, 이들은 적어도 이들의 높은 투명도 값/높은 세기 값의 일부 부분에 대해 동시적으로(즉, 동시에) 발생한다는 것을 의미한다. 그렇게 함으로써, 방출 디바이스가 높은 세기 값으로 광을 방출할 때마다, 선택적 뷰잉 디바이스가 또한 높은 투명도로 되어서, 뷰어가 방출된 광을 볼 수 있게 하는 것이 보장된다. 이는, 나머지 시간 동안 주변에 존재할 수 있는 광을 블랭킹 아웃(blanking out)하거나 또는 적어도 억제하면서 방출 디바이스에 의해 방출되는 광을 선택적으로 볼 수 있게 한다.

전형적으로, 그러한 피크의 세기는 약간 변동될 것인데, 즉, 높은 세기의 방출을 설명하는 완벽한 탑 햇 함수를 갖지 않을 것이다. 따라서, 듀티 사이클은, 방출된 광의 세기가 특정 반복 기간 동안 그 디바이스에 의해 방출되는 피크 세기의 90% 이상인 시간 기간 사이에서 그러한 높은 세기의 피크들의 전체 반복 기간으로 나눈 비를 지칭한다. 광의 세기가 낮은 세기 값에 있는 시간 기간은 그 세기가 그 기간 동안 높은 세기의 피크 값의 50% 미만인 것으로 규정된다.

바람직한 구현예는 셔터 글래스의 바이너리 개방 및 폐쇄 상태와 각각 일시적으로 매칭하는 화면의 바이너리 온 및 오프 상태를 사용하지만, 이러한 방식의 변형은 또한 콘트라스트의 일부 감소를 초래할 수 있다. 주어진 시간 기간 동안 방출된 모든 광의 상당한 부분이, 전체 기간중 하나 이상의 짧은 서브-기간 동안 방출되고 게이팅되는 것이 필수적이다. 특성으로서, 화면의 시간-의존 방출 신호는 3D 비전 애플리케이션을 위해 작동되는 셔터 글래스와 비교하여 크게 증가된 표준 편차를 가질 것이다.

비디오 화면으로부터 방출된 광이 더 높은 콘트라스트로 지각되도록 주변 광이 안경에 의해 선택적으로 억제되는 기본 방식을 암시하는 종래 기술의 해법과 비교하여, 청구된 해법은 더 높은 콘트라스트 및 더 낮은 에너지 소비를 제공한다. 이러한 전략의 제안된 실시예는, 특정 발광 비디오 화면의 주파수 특성을 선택적으로 송신하도록 맞춤화된 광학 요소 및 필터를 포함한다. 구체적으로, 종래 기술의 해법은 먼저, 그러한 비디오 화면에 의해 방출되는 소정의 좁은 주파수 범위(파장 범위)의 광의 선택적 게이팅에 기초하여 주변 광의 거부를 제안한다. 더욱이, 종래 기술의 해법은 셔터 글래스가 방출된 광파의 발진 주파수보다 더 낮은 크기의 많은 차수인 주파수(통상적으로 50Hz 내지 240Hz)에서 작동하더라도, 동일한 주파수에서 작동하고 시간-변조된 비디오 화면과 동기화된 비디오 셔터 글래스의 사용이 그 자체의 콘트라스트를 개선할 수 있다고 제안한다.

전자기 주파수(파장)에 의한 선택적 광 게이팅의 설명에 따라, 문제적으로 그리고 논리적으로, 종래 기술의 디바이스는 방출 화면과 셔터 글래스 사이의 주파수 특성을 매칭시키는 방법으로서 이러한 주변 광 감소 현상을 지칭한다. 그렇게 할 때, 이는 정확한 반복 주파수의 매칭뿐만 아니라 가능한 시간적 오프셋(off-set)에도 특별한 주의를 기울인다. 종래 기술의 해법에 따르면, 주변 광 감소의 효과를 감소시킬 수 있는 가능한 오프셋은, 셔터 글래스가 화면의 방출 시간과 동기화되는 방식에 의해 최소화될 수 있다. 목적이 일부 종래 기술 디바이스의 맥락에서 주로 3D 비전이 아니기 때문에, 제안된 종래 기술 디바이스는 셔터 글래스가 동시적으로 개방되는 방식을 사용한다. 그러나, 글래스당 개방 시간은 3D 셔터 글래스의 단일 개방 시간과 비교 가능하게 유지되며, 따라서 단지 적당한 주변 광 감쇠의 효과는 크게 변경되거나 향상되지 않는다.

일부 환경에서, 또는 파장에 의한 게이팅과 조합하여 가능하게는 유익하지만, 종래 기술의 디바이스는 셔터 글래스 게이팅만을 기초하여 강렬한 주변 태양광의 적절하게 강한 선택적 감쇠를 허용하지 않는다.

이는, 종래 기술의 디바이스가, 더 낮은 광 조건 하에서 발생할 수 있는 문제로서 이러한 현상을 설명했던 US 2012/0194657 A1에서 설명된 것과 동일한 범위까지만 주변 광을 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다. 특히, 종래 기술의 디바이스는 강렬한 태양광(광도가 100.000 룩스를 초과할 가능성이 높음)이 통상적으로 500 룩스 미만의 지각된 밝기로 방출하는 통상적인 노트북 화면보다 수백 배 더 밝을 수 있다는 문제를 체계적으로 해결하지 못한다.

비디오 화면이 강렬한 태양광 환경에서 만족스러운 콘트라스트를 가질 정도로 콘트라스트 향상을 최적화하는 문제는 또한, 눈으로 지각되는 주변 광을 증가시키기 위해 종래 기술(US 2012/0194657 A1)이 사용했던 방식을 반전시킴으로써 달성될 수 없다. 그러한 추리에 따르면, 화면의 방출 시간보다 더 짧은 셔터의 개방 시간을 사용하려고 시도할 수 있다. 그러나, 이는 방출 시간과 정확하게 동기화되는 셔터 글래스로 지각되는 것과 동일한 콘트라스트를 초래할 것이고, 어떠한 추가 콘트라스트 향상도 획득되지 않을 것이다.

본 발명자는, 청구된 시스템이 종래 기술의 시스템보다 훨씬 더 양호한 콘트라스트를 생성한다는 것을 발견하였다. 특히, 본 발명자는, 종래 기술에 의해 이전에 실현, 규정 및/또는 언급되지 않은 짧은 듀티 사이클을 갖는 것의 중요성을 인식하게 되었다. 더욱이, 광이 방출되는 그러한 기간 동안, 광이 "정상(normal)" 디바이스에 대한 것보다 더 높은 세기로 방출된다면 유리하다. 따라서, 이 기간 동안, 방출된 광은 비교하여 "더 밝아지고(brighter)" 관찰자에게 더 용이하게 보인다. 더욱이, 광이 일부 시간에만 방출되기 때문에, 에너지 소비가 감소된다. 새로운 그리고 청구된 해법으로, US 2012/0194657 A1에서 단점으로서 보고된 것은, 단점이 장점으로 전환되도록 질적 그리고 양적 둘 모두로 개선되고 확장된다.

본 발명은 종래 기술의 해법에 의해 언급 및/또는 규정되지 않은 파라미터를 변경하는 방식에 부분적으로 의존한다.

전자기 발진 주파수를 매칭시킴으로써 콘트라스트 최적화에 따라, 종래 기술의 해법은 중요한 파라미터로서 동기화 방식에 의한 주파수 및 오프셋 최소화를 중앙에서 특정하였다.

하나의 중요한 파라미터는 파장 매칭의 도메인에서 유사하지 않으며, 따라서 셔터 글래스의 사용에 의한 효율적인 콘트라스트 최적화에 대해 높은 관련성이 있는 것으로 식별되지 않았을 수 있다. 이는 하나의 주기 동안 온(ON) 시간의 비를 특정하는 듀티 사이클이다.

이 듀티 사이클을, 통상적인 값인 약 40% 로부터 10% 미만, 바람직하게는 2% 미만의 값으로 감소시키는 것이, 여기서 보고된 발명을 실현하기 위한 첫 번째 단계이다. 이러한 수정은 단독으로, 디스플레이 조명 광원의 에너지 비용을 대략 4배 내지 100배만큼 감소시킬 수 있으며, 일부 시나리오에서, 이는 종래 기술과 비교하여 이러한 에너지 소비를 250배 감소시킬 수 있다.

주목할 점은, 이러한 듀티 사이클의 감소는 결코 사소한 것이 아니다. 사용자가 경험하는 깜빡거림을 최소화하는 120Hz 이상의 널리 수용되는 반복률을 고려하면, 전체 주기는 8.33ms이다. 10% 의 듀티 사이클은 단지 0.83ms 동안 셔터 글래스가 개방될 것을 요구할 것이다. 표준 액정 셀이 완전 개방-폐쇄 사이클에 대해 약 1ms를 요구한다는 것을 고려하면, 불충분한 양방향 스위칭 속도로 인해 상당한 성능 감소 없이 그러한 셔터를 0.83ms만큼 짧은 시간 동안 완전히 개방하는 것은 난제일 것이다. 0.166ms의 개방 시간을 요구하는 2% 의 듀티 사이클에 대해 매우 명확하게, 표준 액정 셀은 충분하지 않다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 발명자는 2개의 연속적인 액정 셀을 사용했으며, 그 중 하나는 개방, 투과 상태(90% 투과로 개방 시간 0.03ms)에 진입하는 것을 가능하게 하는 한편, 두 번째 액정 셀은 동등하게 빠른 폐쇄(투과를 10% 감소시키기 위해 0.03ms)를 가능하게 한다. 액정 측뿐만 아니라 구동 전자기기 둘 모두에서 이 셔터 글래스의 증가된 복잡성으로 인해, 이러한 셔터 글래스는 일반적으로 본 발명의 분야에서 사용되지 않는다. 그러나, 충분히 짧은 양방향 응답 시간을 갖는 다른 선택적 뷰잉 디바이스가 또한 사용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.

강렬한 태양광에서 비디오 화면의 사용을 가능하게 하기 위해 최적화가 유리한 제2파라미터는, 방출 펄스/플래시의 지속 기간 동안 화면의 세기를 증가시키는 것이다.

또한, 이는 화면에 대해 사소하지 않은 수정을 요구할 수 있다. 밝은 태양광이 100배만큼 권장되는 사무실 밝기를 쉽게 초과할 수 있기 때문에, 또한 실외에서 보이는 화면을 위한 광원은 바람직하게는 10배, 더 바람직하게는 30 내지 100배 더 높은 밝기를 갖는다. 본 발명자에 의해 사용되는 커스텀 광원은 도 9에서 볼 수 있다.

도 9에서, 최상부는 총 96개의 고전력 LED 광원이 직사각형 어레이로 배열된 시제품에서 사용된 광원을 도시한다. 기본적으로 컴퓨터에 내장된 광원이 아래에 도시된다. 새로운 광원은 컴퓨터의 원래의 광원보다 대략 100배 강력한 것으로 추정된다.

함께 고려될 때, 듀티 사이클(종래 기술 디바이스에서 의존하지 않은 파라미터) 및 높은 세기 펄스의 사용(또한, 종래 기술 디바이스에서 의존하지 않음)의 정확한 선택은 더 높은 에너지 소비의 비용을 도입하지 않으면서, 강한 태양광 환경에서 비디오 화면을 보는 것을 가능하게 한다.

종래 기술의 디바이스는 이들 2개의 파라미터(듀티 사이클, 펄스 세기)에 초점을 맞추지 않았다. 따라서, 종래 기술 방식은 이전에 US 2012/0194657 A1에 의해 보고된 것과 동일한 작은 정도로만 셔터 게이팅된 주변 광 감소를 재현한다. 특히, 종래 기술의 디바이스는 강렬하게 태양광을 받는 환경에서 높은 콘트라스트 비디오 화면을 보는 것을 허용하지 않는다.

본 발명에 의해 달성되는 추가적인 이점은, 시스템의 발광 디바이스가 소형화될 수 있다는 것이다. 구체적으로, LED 기반 발광 디바이스의 일부로서 히트 싱크는 시간 평균 세기 및 에너지 소비가 감소될 수 있다는 사실로 인해 크기가 감소될 수 있다. 일반적으로, 높은 세기로 광을 생성할 때, 발열이 주된 관심사일 수 있다. 이는 광원 자체, 전자장치뿐만 아니라 시스템의 광학 요소에 문제를 야기할 수 있다. 더욱이, 머리 장착식 디바이스를 착용할 때, 과도한 발열은 사용자에게 불편함 및 심지어 부상을 야기할 수 있다. 본원에서 설명되는 발명에 의해 더 적은 에너지가 소비되기 때문에, 발열이 또한 감소될 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에서, 이는, 특히 배터리, 열 관리 하드웨어 및 광원의 물리적 치수와 관련하여 시스템의 소형화를 가능하게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 시스템은 광전 변환 수단(photoelectric conversion means)을 더 포함한다. 이는, 예를 들어, 주변 광을 전기 에너지로 변환하는 태양 전지일 수 있다는 것을 의미한다. 그 다음, 이 에너지는 시스템에 공급된다. 이는 방출 디바이스에 직접 공급될 수 있지만, 이는 또한 CPU, 메모리 디바이스 등을 구동하는 데 사용될 수 있다. 이는 또한, 아래에서 추가로 탐구될 바와 같이, 시스템에 에너지를 저장하는 옵션이다. 아주 짧은 시간 동안만 화면을 구동해야 하는 것으로 인해 화면의 극히 감소된 에너지 소비를 감안하면, 과도하게 큰 태양 전지를 사용할 필요 없이, 시스템에 전력을 공급하기 위해 그러한 태양 전지를 사용하는 것이 가능해진다.

본 발명자는 이전에 설명된 기술이 개선된 콘트라스트에 부가하여, 에너지의 상당한 감소를 위한 가능성을 갖는다는 것을 인식하였다. 추가로, 에너지 소비의 이러한 감소는, 지금까지 실용적이지 않았던 태양 전지에 의해 적절하게 구동될 수 있는 노트북 컴퓨터에 대한 문을 개방한다는 것을 인식하였다.

여기서 실현되는 것은, 실외 작동 기간보다 더 긴 태양열 충전 기간을 사용하는 전략이 광전 변환 수단이 주변 광에 노출되는 시간보다 더 짧은 방출 디바이스의 작동 시간을 사용함으로써 일반화될 수 있다는 것이다.

특히, 본 기술을 사용하여, 작은 듀티 사이클로 화면에 광원을 스트로빙(strobing)하고, 이전에 설명된 바와 같이 셔터 글래스를 통해 이러한 이미지를 사용자의 눈에 선택적으로 게이팅함으로써 사용자에게 짧은 이미지만을 보여주는 것이 가능하다. 이 시간 동안, 높은 화면 세기에 도달할 수 있으며, 이는, 예로서, 노트북 화면이 작동될 통상적인 세기보다 20배 더 높은 세기를 가질 수 있고, 이는 예를 들어, 10.000 룩스 피크 밝기를 초래하며, 이제 화면의 지각되는 밝기를 설명하며, 심지어 더 높은 값이 실현 가능하다.

중요하게는, 더 낮은 에너지 소비 덕분에, 태양광에 노출되는 것은, 정보를 디스플레이하기 위한 시스템을 사용하는 것에 대해 더이상 단점이 아니다. 오히려, 이는 에너지의 더 높은 생산으로 이어지며, 이는 에너지 저장 디바이스에서 에너지의 긍정적인 순 저장을 갖기에 충분히 높을 수 있다.

따라서, 시스템은 바람직하게는 에너지 저장 디바이스를 더 포함한다. 그러한 디바이스는 하나 이상의 재충전 가능한 배터리의 배열체일 수 있다. 이는 또한 하나 이상의 커패시터를 포함할 수 있다. 이 에너지 저장 디바이스는 방출 디바이스에 에너지를 공급하도록 배열된다. 그러한 에너지 저장 디바이스는, 높은 세기의 피크 방출 사이의 버퍼로서 기능할 수 있고, 또한 주변 광 세기의 변동을 보상하기 위해 사용될 수 있다.

에너지 저장 디바이스가 적어도 제1및 제2에너지 저장 구성요소를 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 에너지 저장 구성요소는 재충전 가능 배터리일 수 있다. 그러나, 이는 또한 커패시터일 수 있다. 시스템은, 제1및 제2에너지 저장 구성요소 중 하나가 충전되는 동안 개개의 다른 구성요소가 방출 디바이스에 에너지를 공급하도록 배열될 수 있다. 시스템은, 이전에 충전된 개개의 에너지 저장 구성요소가 이제, 개개의 다른 에너지 저장 구성요소가 충전되는 동안 방출 디바이스에 에너지를 공급하기 위해 사용되도록, 제1및 제2에너지 저장 구성요소를 스와핑하도록 배열된다. 에너지 저장 디바이스를 작동시키는 이러한 방식은 유리한 것으로 간주되는데, 왜냐하면 이는 충전 작동이 대략적으로 일정한 또는 적어도 느리게 변하는 전압을 가지며, 이는 배터리를 효율적으로 충전하는 데 유리하기 때문이다. 이에 반해, 방출 디바이스를 작동시키는 펄스식 방식 덕분에, 방출 디바이스에 에너지를 공급하는 에너지 저장 구성요소는 다소 불안정한 전압을 경험할 수 있다. 방출 디바이스에 에너지를 공급하는 동시에 이를 충전하려고 시도하면, 충전 성능이 유해하게 영향을 받을 것이다. 에너지 저장 구성요소를 충전하는 그러한 변동이 존재하지 않는다면 유익하다. 배터리를 충전하기 위해 사용되는 전류는 또한 CPU를 구동하는 데 사용될 수 있다. 이는, 방출 디바이스를 구동하는 데 사용되는 다른 배터리로부터의 전류와 비교하여, 생성된 전류가 감소된 잡음을 가질 수 있기 때문에 유리하다.

광전 변환 수단은, 50c㎡ 내지 5000c㎡, 바람직하게는 200c㎡ 내지 2000c㎡, 그리고 훨씬 더 바람직하게는 400c㎡ 내지 1200c㎡의 범위에 속하는 주변 광에 노출되는 영역을 갖는 태양 전지를 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 영역은, 용이하게 운반될 수 있고 그리고 종래 기술의 해법과 비교하여 크기가 상당히 감소된 태양 전지 및 광전 변환 수단으로 이어진다.

본 발명의 바람직한 변형예에서, 방출 디바이스의 듀티 사이클은 바람직하게는 1/20 이하, 더 바람직하게는 1/100 이하, 그리고 훨씬 더 바람직하게는 1/250 이하이다. 그러한 듀티 사이클은 뷰잉 경험을 훨씬 더 개선시킨다.

방출 디바이스가 1 초과, 바람직하게는 4 초과, 더 바람직하게는 10 초과의 주변 콘트라스트 비를 갖도록 배열되는 것이 바람직하다. 주변 콘트라스트 비는 H.-W. Chen 등에 의한 "Liquid crystal display and organic light-emitting diode display: present status and future perspectives", Light: Science & Applications (2018) 7, 17168 에서와 같이 규정된다. 그러한 방출 디바이스는 광 및 화면의 높은 가시성으로 이어진다.

방출 디바이스는, 낮은 값에서의 세기가 높은 레벨 세기의 세기의 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만이 되도록 배열되는 것이 바람직하며, 훨씬 더 바람직하게는, 방출 디바이스가 낮은 세기 값으로 광을 방출하도록 설정될 때 어떠한 광도 방출되지 않는다. 이는 세기의 높은 레벨과 낮은 레벨 사이의 상당한 차이를 보장한다.

시스템은, 방출 디바이스의 전력 소비가 광전 변환 수단에 의한 전력 생성보다 더 적도록 배열된다. 이는 바람직하게는 광전 변환 수단에 의한 전력 생성의 90% 미만, 더 바람직하게는 70% 미만, 그리고 훨씬 더 바람직하게는 50% 미만이다. 이는 시스템을 작동시키는 동안 배터리를 충전하는 것을 가능하게 한다.

시스템이 본 발명을 사용하는 특히 유리한 방식인 휴대용 컴퓨터 시스템의 일부인 것이 바람직하다.

그러한 맥락에서, 휴대용 컴퓨터가 전방 측 및 후방 측을 갖는 화면을 포함하는 것이 바람직하다. 전방 측은 화면의 디스플레이 영역으로서 방출 디바이스를 포함한다. 화면의 후방 측은 광전 변환 수단을 포함한다. 그러한 배열체는 특히 공간 효율적이다. 광전 변환 수단은 바람직하게는 화면의 후방 측의 영역의 70% 초과, 그리고 더 바람직하게는 90% 내지 100% 를 커버한다. 그러한 공간 사용을 갖는 것은 특히 효율적이다.

광전 변환 수단이 휴대용 컴퓨터로부터 접히거나 또는 미끄러지도록 제공되는 것이 또한 바람직하다. 이는 광전 변환 수단을 저장하는 특히 효율적인 방식이다.

대안적으로, 광전 변환 수단은 휴대용 컴퓨터 시스템의 나머지 구성요소와 별개이고 그리고 툴의 사용 없이 그러한 구성요소로부터 분리될 수 있는 구성요소이다. 예를 들어, 이는 플러그를 사용하여 간단히 플러그 결합될 수 있고 케이블에 의해 휴대용 컴퓨터 시스템에 연결될 수 있다. 이는 높은 정도의 유연성을 허용한다.

방출 디바이스로서 레이저 프로젝터 및/또는 비디오 프로젝터를 사용하여 시스템을 구현하는 것이 또한 가능하다. 또한, 그러한 시스템에서, 이전에 언급된 이점이 존재한다.

다른 바람직한 배열체에 따르면, 방출 디바이스 및 광전 변환 수단은 태블릿 컴퓨터에 통합된다. 방출 디바이스는 태블릿 컴퓨터의 화면일 수 있고, 광전 변환 수단은 전방으로부터 입사되는 광을 전기 에너지로 변환하도록 화면 뒤에 배열될 수 있거나, 또는 광전 변환 수단은 태블릿 컴퓨터의 후방 측에 입사되는 광을 전기 에너지로 변환하도록 태블릿 컴퓨터의 후방 측에 배열될 수 있다.

도 1은 US 2013/0290743 A1로부터 취해진 종래 기술 설계를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 개략도이다.
도 3은 선택적 뷰잉 디바이스 및 방출 디바이스의 타이밍 동기화를 도시한다.
도 4는 종래 기술의 노트북과 본 발명에 따른 노트북의 비교도를 도시한다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 노트북의 도면을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 디바이스 및 종래 기술의 디바이스의 전력 소비를 도시하는 도면을 도시한다.
도 8은 밝기 레벨의 함수로써 노트북 화면의 전력 소비를 도시한다.
도 9는 본 발명에서 사용되는 광원(최상부) 및 종래 기술의 광원(저부)을 도시한다.

도 1은 종래 기술의 디바이스를 도시하는 도면이다. 태양 전지판(106)은 전자 디바이스(노트북)(102)에 연결되고, 디바이스에 에너지를 제공한다. 더욱이, 전력 어댑터(104)는 보조 에너지를 제공하기 위해 연결된다. 그러나, 노트북 화면에 의한 전력 소비가 주어지면, 태양 전지판(106)이 전자 디바이스(102)에 전력을 공급하기 위해 극도로 클 필요가 있을 것으로 예상되어야 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예를 개략적으로 도시한다. 광원(12)은 LCD 매트릭스(13)를 조명하도록 제공된다. 그러한 광원(12)은 컴퓨터 화면의 LED 백라이트일 수 있다. 광원(12)에는 드라이버(14b)가 연결되며, 드라이버(14b)는 차례로 함수 생성기(15)에 연결된다. 이 함수 생성기(15)는 제2드라이버(14a)에 연결되고, 제2드라이버(14a)는 차례로, 셔터 글라스(16)에 연결된다. 관찰자(18)는 LCD 매트릭스(13)를 통과한 광(11')을 방출하는 광원(12)에 의해 생성된 이미지를 본다. 주목할 점은, 주변 광원(10)(예컨대, 태양)이 또한 존재하고 광(11)을 방출한다.

셔터 글래스(16)는 도 3에 도시된 바와 같이, 높은 투명도 상태와 낮은 투명도 상태 사이에서 주기적으로 변하도록 배열된다. 여기서, 도 3b)는 시간에 따라 변하는 광원(12)의 세기를 도시한다. 도 3c)에 도시된 바와 같이, 셔터 글래스(16)가 이러한 세기 변동과 동기화되며, 여기서 라벨 "개방(open)"은 높은 투명도를 갖는 셔터 글래스를 지칭하고, 여기서 라벨 "폐쇄(closed)"는 낮은 투명도를 갖는 셔터 글래스를 지칭한다. 그와 대조적으로, 주변 광원(10)에 의해 방출되는 광은 지속적으로 동일한 레벨에 있다(도 3a) 참조). 셔터 글래스(16)가 높은 투명도를 갖는 그러한 시간 기간 동안에만 광원(12)에 의해 방출된 광(11')에 대해 셔터 글래스(16)를 선택적으로 개방함으로써, 이 광(11')은 관찰자(18)에 의해 선택적으로 지각된다. 따라서, 사람의 눈이 일반적으로 평균 광 세기만을 지각하기 때문에, 광원(12)에 의해 방출된 광이 주로 관찰되며, 또한 광원에 의해 방출된 광은 광이 적어도 높은 세기로 방출되는 그러한 시간 기간 동안에 적어도 주변 광만큼 밝거나 또는 심지어 주변 광보다 더 밝기 때문이다. 결과적으로, 지각된 이미지 콘트라스트가 증가되고, 높은 세기의 주변 환경에서도 화면의 만족스러운 비전을 가능하게 하기에 충분하다. 또한, 제1구동기(14b) 및 제2구동기(14a)에 대한 공통 함수 생성기(15)의 사용이 셔터 글래스(16)와 광원(12)의 동기화를 구현하기 쉽게 만든다는 점에 주목한다. 또한 도 3c)에서, 셔터 글래스가 높은 투명도(T_on)를 가질 때 및 이들이 낮은 투명도(T_off)를 가질 때 시간 기간을 나타내는, 시간 기간이 T_on 및 T_off로서 표시된다는 것을 주목한다. 이러한 맥락에서, 듀티 사이클은 T T_on/(T_on + T_off)로서 규정될 수 있다. T_on은 100μs이고, T_off는 0.00990s이며, 이는 100의 이론적 콘트라스트 향상으로 이어진다.

광전 변환 요소(solar cell)(17)는 광원(12)에 연결된다. 주변 광원(10)으로부터의 광은 광전 변환 요소(17)에 충돌하여 에너지를 생성한다. 에너지는, 에너지가 저장될 수 있는 에너지 저장 디바이스(19)에 공급된다. 그 다음, 이 에너지는 방출 디바이스(12)를 구동시키는 데 사용될뿐만 아니라 시스템의 다른 구성요소에 공급된다.

도 4는 시제품 시스템을 사용하여 획득된 결과를 도시한다. 좌측뷰에서, 가정 환경에서 발명자의 노트북의 정상뷰를 (즉, 본 발명의 기술없이) 본다. 노트북의 화면이 보일 수 있지만, 콘트라스트가 특히 높지 않다는 것이 또한 주목할 만하다. 더욱이, 주변 광이 훨씬 더 밝다는 것이 쉽게 눈에 띌 수 있다. 그 이미지의 우측에서, 청구된 발명을 사용하여 동일한 환경이 도시된다. 주변 광이 상당한 정도로 조광되고(dimmed), 또한, 컴퓨터 화면 상의 콘트라스트가 훨씬 더 높다는 것이 주목된다. 즉, 주변 광을 선택적으로 "이클립싱(eclipsing)"하고 노트북 광을 선택적으로 "게이팅(gating)"함으로써, 노트북 화면 상에서 보여질 이미지의 더 높은 콘트라스트를 달성한다. 그러한 경우에서, 화면은 안경(spectacles)에 대한 "슬레이브(slave)"로서의 역할을 할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 노트북의 사진을 도시한다. 볼 수 있는 바와 같이, 노트북의 후방 측은 그 후방 측과 대략 동일한 크기를 갖는 광발전 패널(photovoltaic panel)로 덮혀 있다.

이는 또한, 노트북의 전방이 도시된 도 6으로부터 볼 수 있다. 다시, 태양 전지판에 의해 덮히는 영역이 노트북의 화면의 영역과 대략 동일하다는 것이 확인될 수 있다.

도 7a) 및 b)는 태양광에 노출되는 환경에서 사용될 때 태양광의 밝기의 함수로써 노트북의 전력 소비를 개략적으로 도시한다. 그러한 도면은, 적절한 콘트라스트를 갖도록 노트북 화면의 밝기를 튜닝할 것이라는 가정에 기반하여 획득되었다.

먼저, 도 7a)를 고려할 것이다. 수평 파선은 노트북의 구성요소에 의한 전력 소비에 독립적인 세기를 나타낸다. 이는, 예를 들어, 하드 드라이브, CPU, Wi-Fi 어댑터 등의 전력 소비일 수 있다. 이 전력 소비는 태양광의 증가하는 밝기에 대해 일정한데, 왜냐하면, 이 전력은 얼마나 많은 주변 광이 있는지에 관계 없이 소비되기 때문이다.

참조 번호 I를 갖는 경사 라인은 태양광 발전 생산을 나타낸다. 이러한 생산은 태양광의 밝기에 따라 대략 선형적으로 증가하고, 태양광이 없는 경우, 어떠한 전력도 생산되지 않는다는 것이 명백하다.

라인(III)은 태양광의 세기의 함수로써, 이 화면의 광원의 전력 소비를 도시한다. 태양광이 더 밝을수록, 용인 가능한 콘트라스트를 제공하기 위해 화면이 더 밝아져야 한다는 것이 이해된다. 또한, 이 전력 소비는 태양광의 밝기에 대체로 비례한다. 마지막으로, 라인(II)은 전체로서 노트북의 순 전력 소비를 도시하며, 여기서 태양 전지에 의해 생산된 에너지가 고려되며, 그에 따라 나머지 순 에너지 요건이 도시된다. 이 개략적인 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 태양 전지판에 의해 생산된 전력은 라인(III)에 의해 소비되고 설명된 전력보다 상당히 적어서, 결과적인 순 전력 소비(II)는 양의 상태로(positive) 유지되고 밝기가 증가함에 따라 증가한다.

도 7b)는 본 발명에 따른 노트북의 전력 소비를 도시한다. 여기서, 도 7a)에서 또한 사용된 것과 동일한 표기법이 사용되었으며, 차이를 나타내기 위해 부가적으로 " ' "가 사용되었다. 다시, 태양 전지에 의한 에너지 생산은 라인(I')(이는 도 7a)의 라인(I)과 동일해야 함)에 의해 식별되는 바와 같이 태양광의 밝기에 따라 대략 선형적으로 증가한다. 그러나, 화면에 의한 에너지 소비는, 화면의 광원이 단지 시간의 일부만 작동될 필요가 있기 때문에 상당히 감소된다(라인 III' 참조). 파선으로 표시된 바와 같이, 다른 구성요소에 의한 전력 소비가 대략적으로 일정한 상태에서, 순 전력 소비(라인 II')는 감소되고 음의 기울기를 나타낸다. 특히, A 지점으로부터 시작하여 음수가 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 노트북을 이용하면, 심지어 노트북이 실외에서 작동되는 동안에도 에너지가 생성될 수 있다.

도 8은 밝기 레벨에 따라 화면의 전력 소비가 증가하는 것을 개략적으로 도시한다.

도 5 및 도 6에 도시된 시제품의 작동이 이제 설명된다. 시제품은, 화면이 특정 반복률로만 화면으로부터 광을 방출하도록 광전자 구성요소로 수정되고 피팅된 표준 노트북 PC이다. 화면과 동기화되는 투명도를 갖는 고글이 사용자에 의해 착용되었다. 주목할만한 깜빡거림을 회피하기 위해 화면에 대해 250Hz의 반복률이 사용되었다.

그 다음, 예를 들어, 1/40의 듀티 사이클(이는 0.1ms의 온 타임을 의미)과 함께 250Hz의 반복률로 사용된 광 방출의 지속 기간 동안에만 전력이 광원에 의해 소비되는 경우이다. 예를 들어, 평상시보다 20배 더 밝은 적절한 광원을 이용하여, 피크 전력 소비가 또한 이전보다 20배일 것이다. 그러나, 듀티 사이클이 1/40이기 때문에, 화면의 시간-평균 에너지 소비는 절반으로 감소될 것이다. 다시 말해서, 화면 콘트라스트는 종래의 노트북을 작동시키는 경우와 비교하여 감소된 에너지 소비로 이전보다 20배 더 높은 것으로 지각된다. 대안적으로, 정상 사용에 비해 5배 증가된 피크 세기로, 화면의 배터리 소비는 심지어 8배 감소될 것이다.

그러한 노트북이 태양광에서 사용될 수 있는지 여부가 테스트되었다. 도 4로부터 또한 알 수 있는 바와 같이, 콘트라스트는 만족스러운 것으로 밝혀졌는데, 도 4는 태양 전지판이 장착되지 않은 시제품을 사용하여 획득된 사진을 도시한다. 더욱이, 사용자는 이제 강렬한 주변 태양광으로부터 이익을 얻을 수 있다. 특히, 주변의 광 세기는 전체 듀티 사이클 전반에 걸쳐 이용 가능하며, 예를 들어 20cm x 30cm의 치수를 갖는 노트북 크기의 태양 전지판이 화면의 광원의 전체 전력 소비를 (과도하게) 보상하기에 충분할 수 있도록, 배터리 노트북을 충전하는 데 사용될 수 있다.

이는 또한 제작된 시제품으로부터도 확인되었다. 그 시제품을 사용할 때, 본 발명자는 대략 이러한 치수(도 7과 비교)의 태양 전지판이 노트북의 광원에 의해 소비되는 것보다 더 많은 전력을 생산하기에 충분하다는 것을 발견했다. 특히, 화면을 작동시키는 동안 배터리를 충전하기 위해 MPPT(maximum-power-point-tracking) 전기-전력-변환기를 통해 노트북의 화면 광을 구동시키는 배터리에 이 태양 전지판을 연결시켰다. 이러한 방식으로, 노트북의 뒷면에 포지셔닝된 태양 전지판이 4.8 내지 5.2와트의 태양력(도 6에 도시된 것과 같은 인-라인 파워 미터로 모두 측정됨)을 생성하는 매우 동일한 환경에서 광원을 작동시키고 화면을 편안하게 보기에는 3.4 ± 0.5와트의 전력이 충분함을 발견하였다. 이러한 개념 증명은, 차선의 설계에도 불구하고, 그리고 다소 오래되고 다소 비효율적인 컴퓨터를 사용함에도 불구하고, 화면의 후면 상의 태양 전지가 화면 광원의 에너지 소비를 보상하기 위해 사용될 수 있고 심지어 그 이상의 약간의 여분의 에너지를 제공할 수 있음을 보여준다. 따라서, 태양 전지판은 화면을 구동시키기에 충분한 에너지를 생산하면서 또한 대략적으로 1W의 에너지 잉여를 갖는 것으로 나타났다. 이는 컴퓨터와 같은 현대의 에너지 효율적인 전자장치를 구동하기에 충분할 것이며, 따라서 시제품이 독립형 노트북이 되도록 확장될 수 있음을 보여준다.

이는, 작은 태양 전지에 의해 상호보완된 노트북의 배터리 수명이 조광 환경과 비교하여 밝은 곳에서 디바이스를 작동시킬 때 갑자기 증가할 수 있음을 보여준다. 이는, 노트북을 그림자가 있는 위치에서 직사광선에 노출된 위치로 가져가는 것이 이미지 콘트라스트를 손상시키지 않으면서 배터리 수명을 연장시킬 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명자는, 이것이 노트북을 구동하기 위해 전적으로 태양 에너지에 의존하면서 밝은 해변에서 노트북으로 영화를 볼 수 있게 하는지 여부를 추가로 고려하였다.

우선, 다음의 수치는 밝은 환경에서 노트북 화면의 상승된 에너지 소비를 그의 나머지 구성요소에 비례하게 하는데 적합해야 한다. 통상적인 노트북(즉, 맥북 에어2018)은 50.3Wh의 배터리 용량을 갖는 것으로 보고되며, 애플에 따르면, 이는 사용량에 따라 최대 12시간까지 실행된다. 이는,이 시간 동안의 평균 전력 소비가 약 4.2와트라는 것을 의미한다. 통상적인(사무실) 사용시, 화면에 의해 1-2와트의 전력 소비가 사용될 것이고, 전력 소비의 가장 높은 부분이 화면의 조명에 사용될 것이다.

게다가, 레노버 싱크패드 모델410s은 4와트 LED 소스를 내장했다. 마찬가지로, 이전 세대의 노트북에 대해 3.5와트의 전력 소비가 보고되었다. 이는, 특히 밝은 환경에서 세기 조정을 통해 양호한 콘트라스트를 생성하려고 시도할 때, 정상적인 노트북이 그의 전력 소비의 대부분은 아니더라도 상당한 부분을 사용하여 화면 내에서 광원을 작동시킨다는 것을 의미한다. 특히, 독일에서 전형적으로 500 룩스의 권장 광도를 갖는 실내 사무실로부터 이동할 때, 주어진 원하는 콘트라스트를 달성하기 위해, 실외에서 화면 밝기를 10배 이상 증가시킬 필요가 있을 수 있다. 그러나, 이는 태양 전지판에 의해 보상될 수 없는 에너지 비용을 초래할 것이다. 참조로, 32 x 22c㎡의 크기를 갖는 패널은 최대 10와트의 전력을 생산할 것이다(1000와트/㎡의 최대 태양광 세기에 대해 참조됨). 종래 기술에 따라 노트북 화면에 부착된 것을 테스트할 때, 획득된 5와트의 전기 에너지는 정상적인 뷰잉 조건 하에서 매력적인 주변 콘트라스트 비를 생성하는 것과는 거리가 멀었다.

펄스식 광만을 방출하는 기술에 의해 보완되면, 화면의 광원의 전력 요건은 상당히 떨어진다. 일예로서, 그 기술은, 표준(실내) 사용에 비해 화면의 에너지 소비를 심지어 4배 감소시키면서, 10배의 지각된 밝기(콘트라스트) 증가를 획득하는데 사용될 수 있다.

이 전력 밸런스는 특정 예에 대해 유효하지만, 그 의미는 일반적으로, 실외에서 작동하는 노트북의 순 전력 밸런스를 고려할 때 이해될 수 있다. 도 7의 다이어그램은 종래의 태양 열 노트북을 실외에서 사용하는 것과 일식 노트북(solar eclipse laptop)을 실외에서 사용하는 것을 비교한다. 알 수 있는 바와 같이, 화면 에너지 소비를 1/40x만큼 감소시키는, 즉 2.5% 까지 감소시키는 듀티 사이클을 이용하여, 태양광 세기가 증가함에 따라, 심지어 고정된 주변 콘트라스트 비에 대해서도 순 전력 밸런스가 유리하게 증가한다. 이는, 노트북의 치수에 필적하는 태양 전지를 이용하여, 노트북을 사용하는 동안 배터리가 충전될 수 있음을 의미한다.

해변에서 영화을 보면서 노트북을 충전하는 것이 가능할 수 있을까?. 이는 노트북이 다른 구성요소를 작동시키기 위해 얼마나 많은 에너지를 필요로 하는가에 따라 좌우된다. 시제품으로 적절한 주변 콘트라스트 비를 얻을 수 있었다고 위에서 이미 설명했다. 이 시제품이 최적으로 작동하는 것과는 거리가 멀어지게 작동한다는 것을 고려하면(일예로서, 비-LCD-투과된 광을 역 반사하고 그에 의해 전형적으로> 25% 의 에너지 소비를 감소시키는 중요한 포일이 제거됨), 개선의 여지가 많으며, 분명히 에너지를 상당히 감소시킬 수 있으며, 다른 구성요소에 전력을 공급하기 위해 매우 안정적으로 1와트 초과의 전력이 남아 있다. 11.1Wh 배터리로 최대 13시간의 비디오를 시청할 수 있게 하는 아이폰7 웹사이트로부터 학습될 수 있는 바와 같이, 1와트의 전력은 고해상도 비디오 신호를 화면에 전송하기 위해 하드웨어를 작동시키기에 충분하다. 결론적으로, 본원에 제시된 시스템은 노트북을 작동시키면서 화면 크기의 태양 전지판을 통해 노트북을 충전할 수 있게 한다.

Claims (14)

1. 정보를 디스플레이하기 위한 시스템으로서,
   사용자에게 정보를 디스플레이하기 위해 광을 방출하도록 배열된 방출 디바이스 ― 방출 디바이스는 광의 세기가 높은 값과 낮은 값 사이에서 변하도록 펄스식 방식으로 광을 방출하도록 적응됨 ―,
   패널을 포함하는 선택적 뷰잉 디바이스를 포함하며, 상기 패널은 디스플레이되는 정보를 시각적으로 지각하기 위해, 사용자가 그 패널을 통해 방출 디바이스에 의해 방출되는 광을 볼 수 있도록 적응되고, 상기 패널은 높은 투명도 상태와 낮은 투명도 상태 사이에서 변할 수 있는 가변 투명도를 가지며,
   상기 시스템은 높은 세기 값으로 광을 방출하는 방출 디바이스의 상태 및 높은 투명도의 선택적 뷰잉 디바이스의 패널의 상태가 시간적으로 중첩되도록 방출 디바이스와 선택적 뷰잉 디바이스를, 동기화시키도록 적응되고,
   상기 시스템은 주변 광을 시스템에 공급되는 전기 에너지로 변환하도록 배열된 광전 변환 수단을 더 포함하는, 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 방출 디바이스를 구동시키기 위해 에너지를 공급하도록 배열된 에너지 저장 디바이스(19)를 더 포함하며, 상기 광전 변환 수단에 의해 생산된 에너지는 상기 에너지 저장 디바이스에 에너지를 저장하는 데 사용되는, 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 에너지 저장 디바이스는 적어도 제1 및 제2 에너지 저장 구성요소를 포함하며, 상기 시스템은, 상기 제1 및 상기 제2 에너지 저장 구성요소 중 하나가 충전되는 동안 상기 개개의 다른 저장 구성요소가 상기 방출 디바이스에 에너지를 공급하도록 배열되며, 상기 시스템은, 이전에 충전된 개개의 에너지 저장 구성요소가 이제, 개개의 다른 에너지 저장 구성요소가 충전되는 동안 방출 디바이스에 에너지를 공급하기 위해 사용되도록, 상기 제1 및 제2 에너지 저장 디바이스를 스와핑하도록 배열되는, 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광전 변환 수단은, 50c㎡ 내지 5000c㎡, 바람직하게는 200c㎡ 내지 2000c㎡, 더 바람직하게는 400c㎡ 내지 1200c㎡의 범위 내에 속하는 주변 광에 노출되는 영역을 갖는 태양 전지를 포함하는, 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방출 디바이스는 1/20 이하, 바람직하게는 1/100 이하, 그리고 훨씬 더 바람직하게는 1/250 이하의 듀티 사이클을 가지며, 상기 선택적 뷰잉 디바이스의 패널은 본질적으로 동일한 듀티 사이클로 작동하도록 구성되는, 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방출 디바이스는, 1 초과, 바람직하게는 4 초과, 더 바람직하게는 10 초과의 주변 콘트라스트 비에 도달하도록 배열되는, 시스템.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방출 디바이스는, 낮은 세기의 값이 높은 레벨 세기의 세기의 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만이 되도록 배열되며, 훨씬 더 바람직하게는, 상기 방출 디바이스가 낮은 세기 값으로 광을 방출하도록 설정될 때 어떠한 광도 방출되지 않는, 시스템.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시스템은, 상기 방출 디바이스의 전력 소비가 광전 변환 수단에 의한 전력 생산보다 더 적도록 배열되고, 바람직하게는 광전 변환 수단에 의한 전력 생산의 90% 미만, 더 바람직하게는 70% 미만, 그리고 훨씬 더 바람직하게는 50% 미만인, 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 포함하는, 휴대용 컴퓨터 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 휴대용 컴퓨터는 전방 측 및 후방 측을 갖는 화면을 포함하며, 상기 전방 측은 디스플레이 영역으로 방출 디바이스를 포함하며, 상기 화면의 후방 측은 광전 변환 수단을 포함하고, 상기 광전 변환 수단은 바람직하게는 화면의 후방 측의 영역의 70% 초과, 그리고 더 바람직하게는 90% 내지 100% 를 덮는, 휴대용 컴퓨터 시스템.
11. 제9항에 있어서,
    상기 광전 변환 수단은 상기 휴대용 컴퓨터로부터 접히도록 제공되는, 휴대용 컴퓨터 시스템.
12. 제9항에 있어서,
    상기 광전 변환 수단은 상기 휴대용 컴퓨터 시스템의 나머지 구성요소와 별개인 구성요소이고, 이는 툴의 사용 없이 그러한 구성요소로부터 분리될 수 있는, 휴대용 컴퓨터 시스템.
13. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출 디바이스는 레이저 프로젝터 및/또는 비디오 프로젝터인, 시스템.
14. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출 디바이스 및 상기 광전 변환 수단은 태블릿 컴퓨터에 통합되는, 시스템.

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