JP2022109273A - 情報表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境に存在する光を無駄なく利用することで省電力化を可能にする情報表示装置を提供する。【解決手段】情報表示装置（１）は、表示窓（１１）と、情報を表す内部光を発光する情報表示部（１０９）と、表示窓と情報表示部との間に設けられ第１光発電パネル（１０４）と第２光発電パネル（１０５）とを重ねた構成を有する光発電デバイス（１０８）と、第１光発電パネルおよび第２光発電パネルの光起電力を用いてバッテリを充電し電源を供給する電源システム（２００）と、を備え、前記光発電デバイスの前記第１光発電パネル側から前記表示窓を透過して外光が入射し、前記第２光発電パネル側から前記内部光が入射し、第１光発電パネルが外光と第２光発電パネルを透過した内部光とから光発電を行い、第２光発電パネルが内部光と第１光発電パネルを透過した外光とから光発電を行う。【選択図】図４

Description

本発明は画像、映像および文字からなる情報を表示する情報表示装置に関する。

案内や広告などをデジタル技術により表示する情報表示装置はデジタルサイネージとも呼ばれ、今では広く普及している。このような情報表示装置では、近年、省電力化のために太陽光発電を利用したものが多く提案されている。

たとえば、特許文献１には、効率よく太陽光を受光するように太陽電池の配置を工夫した表示システムが開示されている。また、特許文献２には、太陽光や風力などの自然エネルギを電力に変換する技術を適用した表示装置も提案されている。

特開２０１２－２５５８４８号公報 特開２０１６－０９５３６９号公報

しかしながら、上述した特許文献１および２では、太陽電池パネルを用いて太陽光を電力に変換して取り出すだけである。このために、発電効率は太陽電池パネル自体の光電変換効率にのみ依存しており、光発電効率をさらに向上させることが容易ではなかった。また、特許文献２では太陽光発電に加えて風力発電も利用しているが、そのためには風力発電部を別個に設ける必要があり、構造が複雑化するという難点があった。

そこで、本発明者は、デジタルサイネージのような情報表示装置では、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）のように表示部自体が発光するか、あるいは液晶表示部のようにバックライトで照射することが必要であることに着目し、この照射光を発電に使用できる新たな光発電デバイスを備えた情報表示装置を発明するに至った。

本発明の目的は、環境に存在する光を無駄なく利用することで省電力化を可能にする情報表示装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、文字、画像および／または映像を含む情報を表示する装置であって、装置前面に設けられた表示窓（１１）と、前記情報を表す内部光を発光する情報表示部（１０９）と、前記表示窓（１１）と前記情報表示部（１０９）との間に設けられ、第１光発電パネル（１０４）と第２光発電パネル（１０５）とを重ねた構成を有する光発電デバイス（１０８）と、前記第１光発電パネル（１０４）の光起電力と前記第２光発電パネル（１０５）の光起電力とを用いてバッテリ（２０２）を充電し、少なくとも前記情報表示部（１０９）へ電源を供給する電源システム（２００）と、を備え、前記光発電デバイス（１０８）の前記第１光発電パネル（１０４）側から前記表示窓（１１）を透過して外光が入射し、前記第２光発電パネル（１０５）側から前記内部光が入射し、前記第１光発電パネル（１０４）が前記外光と前記第２光発電パネル（１０５）を透過した前記内部光とから光発電を行い、前記第２光発電パネル（１０５）が前記内部光と前記第１光発電パネル（１０４）を透過した前記外光とから光発電を行う。これにより、光発電デバイスの両側から外光と内部光とが入射することで、第１光発電パネルは外光および第２光発電パネルを透過した内部光の光電変換を行い、同時に第２光発電パネルは内部光および第１光発電パネルを透過した外光の光電変換を行う。このように、光発電デバイスの両面から入射する光を発電に利用することができ、簡単な構成で消費電力をより節約することができる。
前記第１光発電パネル（１０４）が透明あるいは半透明の第１太陽電池パネルからなり、前記第２光発電パネル（１０５）が集光性パネル（１０５ａ）と前記集光性パネルのエッジ面に設けられた第２太陽電池パネル（１０５ｂ）から構成することができる。これにより、第１太陽電池パネルは第１の光を全面で受けることで効率的な光電変換が可能となり、第２太陽電池パネル（１０５ｂ）は所望の波長域で光電変換が可能となる。
前記集光性パネル（１０５ａ）は、透明媒質に前記所定波長域の光を吸収し前記所定波長域の光を再放出する蛍光染料を分散させた透明板にすることができる。これにより所定波長域の光を効率的に集光して発電に利用することができる。
前記第２太陽電池パネル（１０５ｂ）は光を透過しない太陽電池パネルであってもよい。たとえば、第２太陽電池パネルは基板実装された太陽電池パネルである。
前記表示窓（１１）の周囲を囲む照明用の導光路（１０３）と、前記導光路（１０３）に光を通す照明光源（１０３ａ）と、を更に備え、前記電源システム（２００）からの電源により前記照明光源（１０３ａ）を点灯させることで前記導光路（１０３）が前記表示窓（１１）内を照明し、その照明光が前記光発電デバイス（１０８）により電力に変換される。これにより消費電力の幾分かを光発電デバイスにより回収することができ、さらなる節電が可能となる。

上述したように、本発明によれば、環境に存在する光を無駄なく利用することで情報表示装置の省電力化が可能となる。

本発明の一実施形態による情報表示装置の外観の一例を示す斜視図である。 本実施形態による情報表示装置の概略的断面構成図である。 本実施形態による光ハーベスティングモジュールの模式的構成図である。 図３に示す光ハーベスティングモジュールの断面構成図である。 図３に示す光ハーベスティングモジュールにおける光発電パネルの平面図（Ａ）とそのエッジ部のＡ－Ａ線断面図（Ｂ）である。 本実施形態による情報表示装置の内部回路構成を示すブロック図である。

＜実施形態の概要＞
本発明の実施形態によれば、情報表示装置の前面に設けられた表示窓と内部光源との間に光起電力を得る透明な光発電デバイスを配置し、光発電デバイスが外光と内部光とを受光して発電する。光発電デバイスは第１光発電パネルと第２光発電パネルとを重ねた構成を有する。たとえば、情報表示装置を屋外に設置すると、第１光発電パネルは屋外光の光電変換を行い、さらに第２光発電パネルを透過した内部光の光電変換も行う。同時に、第２光発電パネルは内部光の光電変換を行い、さらに第１光発電パネルを透過した屋外光の光電変換も行う。

このように、本発明の実施形態によれば、光発電デバイスが外から入射する光と内部光とを発電に利用することができ、簡単な構成で環境に存在する光を無駄なく利用して発電効率を上げることができる。特に災害発生時に停電した場合であっても、商用電源に依存することなく情報表示が可能となる。以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素は単なる例示であって、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。

＜一実施形態＞
図１に例示するように、本発明の一実施形態による情報表示装置１は箱状のケース１０に内蔵され、ケース１０の前面に取り付けられたベゼル１０１により囲まれた領域が表示窓１１である。広告や案内等の情報は表示窓１１を通して視認可能である。

図２に例示するように、ケース１０内には後述する光ハーベスティングモジュール１００、電源システム２００および制御部３００が取り付けられている。以下、図２および図３を参照しながら、光ハーベスティングモジュール１００について説明する。

＜光ハーベスティングモジュール＞
図３に例示するように、光ハーベスティングモジュール１００は、ケース１０前面の表示窓１１から内部へ向けた順に、ベゼル１０１、カバーグラス１０２、照明用の導光路１０３、第１光発電パネル１０４、第２光発電パネル１０５、液晶パネル１０６、および内部光源としての面光源１０７から構成され、ケース１０の内壁に固定されている。第１光発電パネル１０４および第２光発電パネル１０５が光発電デバイス１０８を構成し、液晶パネル１０６および面光源１０７が情報表示部１０９を構成する。

なお、「光発電パネル」とは光起電力効果により入射光を電力に変換する素子からなるパネルをいう。本実施形態において、第１光発電パネルの一例が透明あるいは半透明の太陽電池パネルであり、第２光発電パネルの一例が集光性パネルを用いた太陽電池パネルである。なお、太陽電池という用語は、太陽光に限定されるものではなく照明などの屋内光を利用した発電を行う素子一般を指すものとする。

ベゼル１０１にはカバーグラス１０２、照明用の導光路１０３および照明光源１０３ａがはめ込まれている（図２参照）。導光路１０３は透明樹脂からなり、ベゼル１０１に沿った形状に形成されている。導光路１０３の下部中央には発光ダイオード（ＬＥＤ）等の照明光源１０３ａが設けられ、照明光が互いに反対方向へ進むことで、導光路１０３の全体がむらなく発光し、表示窓１１内をベゼル１０１の枠に沿って照明することができる。

導光路１０３の枠内に収まるように第１光発電パネル１０４と第２光発電パネル１０５とが配置され、第２光発電パネル１０５の後ろに液晶パネル１０６が、さらに液晶パネル１０６のバックライトとして面光源１０７が順次配置されている。液晶パネル１０６は透過型の液晶ディスプレイであり、面光源１０７により背後から照明されることで、液晶パネル１０６の表示情報が表示窓１１を通して視認可能となる。面光源１０７としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）の照明光を面全体にむらなく広げる光学系を設けたもの、あるいはそのまま面光源となる有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を用いることができる。また、有機ＥＬはそれ自身が発光するので、そのまま情報表示部１０９として用いることもできる。

図４において、外光はカバーグラス１０２を通して第１光発電パネル１０４により光電変換され、さらに通過した光が第２光発電パネル１０５により光電変換される。また、面光源１０７からの内部光は液晶パネル１０６を透過すると、第２光発電パネル１０５により光電変換され、さらに透過した光は第１光発電パネル１０４により光電変換される。面光源１０７からの内部光が液晶パネル１０６および光発電デバイス１０８を通過することで、外部から液晶パネル１０６上の画像が視認可能となる。

＜光発電デバイス＞
以下、本実施形態における光発電デバイス１０８を構成する第１光発電パネル１０４および第２光発電パネル１０５について図４～図６を参照しながら詳細に説明する。

図４に示すように、光発電デバイス１０８は、第１光発電パネル１０４と第２光発電パネル１０５とを重ねた構成を有する。第１光発電パネル１０４と第２光発電パネル１０５とは別個のパネルを一定の空間を隔てて重ねた構成でも良いし、透明基板上に第１光発電パネル１０４と第２光発電パネル１０５を積層した構成でもよい。

たとえば、第１光発電パネル１０４は、透明あるいは半透明の太陽電池パネルであってもよく、たとえば薄膜型あるいは有機薄膜型太陽電池フィルムを用いることができる。

図５に例示するように、第２光発電パネル１０５は、集光性パネル１０５ａとそのエッジ面に設けられた太陽電池パネル１０５ｂとからなる。本実施形態では、矩形状の集光性パネル１０５ａの長辺にそれぞれ太陽電池パネル１０５ｂが設けられている。集光性パネル１０５ａは、アクリル等の透明媒質中に蛍光染料を均一に分散させた透明板であり、ＬＳＣ（Luminescent Solar Concentrator）とも呼ばれている。入射光のうち特定波長の光が蛍光染料にトラップされ、再放出される。再放出された特定波長光は集光性パネル１０５ａの主面で全反射を繰り返し、エッジに集光する。蛍光染料でトラップされなかった光は透過光となる。

こうしてエッジから出射した光が太陽電池パネル１０５ｂにより電気エネルギに変換される。太陽電池パネル１０５ｂは、光を透過しない半導体基板上に形成された太陽電セル配列で構成することができ、エッジから出射する光だけなく広範囲の波長光を光電変換可能な基板実装された太陽電池パネルであることが望ましい。あるいは太陽電池パネル１０５ｂは蛍光染料によりトラップされ再放出される波長域で高い効率を有してもよい。このような太陽電池パネル１０５ｂは、少なくとも１つ以上の太陽電池セル、太陽電池モジュールあるいは太陽電池アレイであってもよい。また、太陽電池パネル１０５ｂは透明である必要はないので、半導体系の光電変換素子であってもよい。

図５（Ｂ）に例示するように、本実施形態における集光性パネル１０５ａでは、太陽電池パネル１０５ｂに対向するエッジ部１０５ｃのエッジ面積が大きくなるように加工されている。これにより、集光性パネル１０５の入射面積に対するエッジ面積の比率を大きくし集光比を上げることができる。本実施形態では、集光性パネル１０５ａの２つの長辺にそれぞれ太陽電池パネル１０５ｂが設けられているが、これに限定されるものではなく、四辺にそれぞれ太陽電池パネル１０５ｂを設けてもよい。

なお、第１光発電パネル１０４と第２光発電パネル１０５の集光性パネル１０５ａとは透明保護カバーにより覆われてもよい。この場合、透明保護カバーの屈折率は集光性パネル１０５ａの透明材料の屈折率との間で上述した集光性パネル１０５ａ内での全反射を起こすように選択される。なお、他の構成として、アクリル等の透明板あるいは透明偏光板の表面と裏面に第１光発電パネル１０４と集光性パネル１０５ａとを積層させた構成であってもよい。

図４に戻って、第１光発電パネル１０４は、外部から入射した外光を電気エネルギに変換し、さらに集光性パネル１０５ａを透過した内部光を電気エネルギに変換することで、光起電力Ｖ１を出力する。また、第２光発電パネル１０５の太陽電池パネル１０５ｂは、集光性パネル１０５ａに入射した内部光を電気エネルギに変換し、さらに第１光発電パネル１０４を透過した外光を電気エネルギに変換することで、光起電力Ｖ２を出力する。

さらに、面光源１０７がオフの場合であっても、照明光源１０３ａを発光させて導光路１０３により表示窓１１を照明することができる。照明光源１０３ａだけを発光させるので消費電力を極めて小さくできる。特に、夜間あるいは暗い場所に設置された場合であっても、情報表示装置１の表示窓１１内を照明でき、必要な情報表示が可能となる。このような場合であっても、導光路１０３からの光は光発電デバイス１０８に入射するので光起電力を得ることが可能となる。

＜電源システム＞
図６に例示するように、電源システム２００は電力変換器２０１、バッテリ２０２および電源回路２０３を有する。電力変換器２０１は、第１光発電パネル１０４および第２光発電パネル１０５からそれぞれ入力した光起電力Ｖ１およびＶ２をＤＣ－ＤＣコンバータ等により必要な出力電圧へ変換し、バッテリ２０２の充電を行う。電源回路２０３はバッテリ２０２の充電に加えて、バッテリ２０２および／または商用電源からの電力を照明光源１０３ａ、面光源１０７、および液晶パネル１０６を駆動制御する制御部３００へ供給する。制御部３００は、格納された画像データあるいはネットワーク経由で受信した画像データに従って液晶パネル１０６および面光源１０７を制御し、広告あるいは案内等の情報表示を行う。

＜動作＞
図６において、屋外に設置された情報表示装置１がバッテリ２０２により駆動されている場合、第１光発電パネル１０４は太陽光を含む外光と面光源１０７からの光が液晶パネル１０６および第２光発電パネル１０５を透過した内部光とを入射して光起電力Ｖ１を出力する。また、第２光発電パネル１０５は、面光源１０７からの光が液晶パネル１０６を透過した内部光と外光が第１光発電パネル１０４を透過した光とを入射して光起電力Ｖ２を出力する。これらの光起電力Ｖ１およびＶ２によりバッテリ２０２の充電が可能であるから、バッテリ２０２の消費電力の幾分かを光発電デバイス１０８により回収することができる。また、照明光源１０３ａのみを発光させて導光路１０３により表示窓１１を照明している場合であっても、光発電デバイス１０８により消費電力の幾分かを回収可能である。

＜効果＞
上述したように本発明の一実施形態によれば、情報表示装置１の前面と内部の面光源１０７との間に光起電力を得る透明な光発電デバイス１０８を配置し、光発電デバイス１０８が外光と面光源１０７からの内部光とを受光して発電する。特に光発電デバイス１０８は第１光発電パネル１０４と第２光発電パネル１０５とを重ねた構成を有する。したがって、光発電デバイス１０８の両側から外光と内部光とが入射することで、第１光発電パネル１０４は主として外光の光電変換を行い、さらに第２光発電パネル１０５を透過した内部光の光電変換も行う。同時に、第２光発電パネル１０５は主として内部光の光電変換を行い、さらに第１光発電パネル１０４を透過した外光の光電変換も行う。このように、光発電デバイス１０８の両面から入射する光を発電に利用することができ、簡単な構成で発電効率を向上させることができる。このように本実施形態による情報表示装置１は効率的な光発電が可能となり、消費電力をより節約することが可能となる。

また、情報表示装置１の表示窓１１と光発電デバイス１０８との間に光発電デバイス１０８の周囲を囲むように照明用の導光路１０３を設け、照明光源１０３ａからの照明光を導光路１０３に通すことで表示窓１１内を照明できる。この導光路１０３からの照明により、液晶パネル１０６の表示情報が視認可能となる。さらに、導光路１０３の照明光を第１および第２光発電パネル１０４および１０５が入射して光発電することもでき、消費電力をさらに削減することが可能となる。

１ 情報表示装置
１０ ケース
１１ 表示窓
１００ 光ハーベスティングモジュール
１０１ ベゼル
１０２ カバーグラス
１０３ 導光路
１０３ａ 照明光源
１０４ 第１光発電パネル
１０５ 第２光発電パネル
１０５ａ 集光性パネル
１０５ｂ 太陽電池パネル
１０５ｃ エッジ部
１０６ 液晶パネル
１０７ 面光源
１０８ 光発電デバイス
１０９ 情報表示部
２００ 電源システム
２０１ 電力変換器
２０２ バッテリ
２０３ 電源回路
３００ 制御部

Claims (5)

1. 文字、画像および／または映像を含む情報を表示する装置であって、
   装置前面に設けられた表示窓と、
   前記情報を表す内部光を発光する情報表示部と、
   前記表示窓と前記情報表示部との間に設けられ、前記表示窓側に設けられた透明あるいは半透明の第１太陽電池パネルからなる第１光発電パネルと、前記情報表示部側に設けられた集光性パネルと前記集光性パネルのエッジ面に対向するように設けられた第２太陽電池パネルからなる第２光発電パネルと、を重ねた構成を有する光発電デバイスと、
   前記第１光発電パネルの光起電力と前記第２光発電パネルの光起電力とを用いてバッテリを充電し、少なくとも前記情報表示部へ電源を供給する電源システムと、を備え、
   前記情報表示部側に設けられた前記集光性パネルは透明板であり、前記透明板は、透明媒質に所定波長域の光を吸収し前記所定波長域の光を再放出する蛍光染料を分散させ、かつ前記透明板の前記第２太陽電池パネルに対応するエッジ部の面積が前記透明板の主面の断面積より大きく形成され、
   前記第２太陽電池パネルにおける前記エッジ部に対向する面の面積は、前記エッジ部の面積と略同一の面積に形成され、
   前記光発電デバイスの前記第１光発電パネル側から前記表示窓を透過して外光が入射し、前記第２光発電パネル側から前記内部光が入射し、
   前記第１光発電パネルが前記外光と前記第２光発電パネルを透過した前記内部光とから光発電を行い、
   前記第２光発電パネルが前記内部光と前記第１光発電パネルを透過した前記外光とから光発電を行う、ことを特徴とする情報表示装置。
2. 前記第２光発電パネルは、前記特定波長光が前記集光性パネルの主面で全反射を繰り返すように選択される透明保護カバーに覆われる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報表示装置。
3. 前記第２太陽電池パネルは、前記特定波長光に対し、他の波長域と比較して高い発電効率を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の情報表示装置。
4. 前記第２太陽電池パネルは光を透過しない太陽電池パネルであることを特徴とする請求項１－３のいずれか１項に記載の情報表示装置。
5. 前記表示窓の周囲を囲む照明用の導光路と、前記導光路に光を通す照明光源と、を更に備え、
   前記電源システムからの電源により前記照明光源を点灯させることで前記導光路が前記表示窓内を照明し、その照明光が前記光発電デバイスにより電力に変換されることを特徴とする請求項１－４のいずれか１項に記載の情報表示装置。

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