用于便携式电子设备的多单元光伏电池 |
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| 申请号 | CN202180030986.5 | 申请日 | 2021-03-17 | 公开(公告)号 | CN115461879A | 公开(公告)日 | 2022-12-09 |
| 申请人 | 佳明瑞士有限责任公司; | 发明人 | J·M·肯克尔; M·博施欧加; 王瀞翊; | ||||
| 摘要 | 这里描述从至少一个光伏 电池 产生 电流 的系统和方法。在一些 实施例 中，光伏电池的双电池布置可以被设置在 表盘 上。第一光伏电池和第二光伏电池的相等的部分可以被设置在表盘上，使得当表盘的一部分被遮蔽时，第一光伏电池和第二光伏电池接收基本上相同的量的电磁 辐射 。在一些实施例中，第一光伏电池和第二光伏电池包括 串联 和并联连接的多个子电池以优化来自部分暴露的电池的电 力 输出。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于便携式电子设备的光伏电力系统，该光伏电力系统包括： |
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| 说明书全文 | 用于便携式电子设备的多单元光伏电池技术领域[0001] 本非临时专利申请关于所有共同主题要求在2020年3月20日提交且发明名称为“MULTI‑CELL PHOTOVOLTAIC”的先前提交的美国临时专利申请No.62/992519作为优先权。在此通过引用将识别的先前提交的临时专利申请全部并入本申请。 背景技术[0002] 常规的可穿戴电子设备，如智能手表、GPS导航设备、健身追踪器等，利用触摸屏以为电子设备的用户提供用户界面。由于空间有限，因此电池寿命对于这些设备很重要。电池可能需要定期充电，并且，停止穿戴设备以充电可能令用户恼怒。已经做出了一些尝试，诸如通过使用位于手表显示器顶部或上方的分立太阳能电池，为智能手表配备半透明太阳能面板。然而，光伏电池在移动设备、手表、平板机或其它便携式电子设备上的定位可能被用户、用户的衣服或树木等遮蔽。当在多电池系统中第一电池比第二电池被遮蔽得更多或更少时，电力产生效率降低。此外，光伏电池通常需要升压集成电路(IC)。通常需要升压IC以将较低的太阳能电池电压升压到电池电压以获取能量。不幸的是，升压IC不是100％有效的，并且限制收集的能量。 发明内容[0003] 本发明的实施例提供针对便携式电子设备的光伏电力系统的第一实施例，光伏电力系统包括：设置在表盘(face)上的第一光伏电池和第二光伏电池，第一光伏电池和第二光伏电池中的每一个包括：包括第一导电电极的第一层；电连接到第一层并且被配置为当暴露于电磁辐射时产生电流的第二层；和包括第二导电电极的第三层；其中，第一光伏电池和第二光伏电池的基本上相等的部分被设置在表盘的第一半和表盘上的第二半上。 [0004] 第二实施例针对用于便携式电子设备的光伏电力系统，该光伏电力系统包括：设置在表盘上的第一光伏电池和第二光伏电池，第一光伏电池和第二光伏电池中的每一个包括：包括第一导电电极的第一层；电连接到第一层并且被配置为当暴露于电磁辐射时产生电流的第二层；和包括第二导电电极的第三层；其中，第一光伏电池和第二光伏电池的基本上相等的部分分布在表盘上，并且其中，第一光伏电池的各层被设置在第二光伏电池的各层之间。 [0005] 第三实施例针对用于便携式电子设备的光伏电力系统，该光伏电力系统包括：被设置在表盘上的至少一个光伏电池，包括：包括透明导电氧化物的第一层，电连接到第一层并且被配置为当暴露于电磁辐射时产生电流的第二层，和包括导电电极的第三层；被设置在基本上环绕表盘的边框上的至少一个外部光伏电池。 [0006] 提供本发明内容是为了以简化形式介绍理念的选择，这些理念将在下文的具体实施方式中被进一步描述。本发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。根据实施例和附图的以下详细描述，将清楚本发明的其它方面和优点。 附图说明[0007] 下面参考附图详细描述本发明的实施例，其中： [0008] 图1A描绘光伏表面上的光伏电池布置的示例性实施例； [0009] 图1B描绘衬衫袖子部分覆盖光伏表面的图1A的示例性布置； [0010] 图2和图3描绘光伏表面上的光伏电池布置的示例性实施例； [0011] 图4和图5描绘将一些光伏电池串联连接并将一些光伏电池并联连接的示例性实施例； [0012] 图6～9描绘平板型电子设备上的光伏表面上的光伏电池布置的示例性实施例； [0013] 图10A～10C描绘设置在示例性电子设备中的光伏电池的实施例； [0014] 图11描绘用于结合本发明的各种实施例使用的示例性电子设备； [0016] 图13描绘包括能量收集触摸屏单元的各个层的示例性实施例； [0018] 图16和17描绘在图14和图15的公共基层的表盘上包括光伏电池的光伏表面。 [0019] 附图并不将本发明限制于本文公开和描述的具体实施例。附图不必按比例绘制，而是强调清楚地说明本发明的原理。 具体实施方式[0020] 以下详细描述参考示出可以实施本发明的具体实施例的附图。实施例旨在足够详细地描述本发明的各方面，以使本领域技术人员能够实践本发明。在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以提出变化。因此，以下详细描述不是限制性的。本发明的范围仅由所附权利要求以及这些权利要求所具有的全部等效范围限定。 [0021] 在本说明书中，对“一个实施例”、“实施例”或“多个实施例”的提及意味着在本技术的至少一个实施方案中包括所提及的特征。除非如此说明和/或除了本领域技术人员从说明书中容易明白，否则，在本说明书中对“一个实施例”、“实施例”或“多个实施例”的单独提及不一定指同一实施例并且也不相互排斥。例如，在一个实施例中描述的特征、结构、动作等也可以包含于其它实施例中，但不一定包含。因此，技术可以包括本文描述的实施例的各种组合和/或集成。 [0022] 一般而言，本发明的实施例针对用于在便携式电子设备上设置光伏电池使得当光伏电池的一部分暴露于电磁辐射时产生高电力水平的系统和方法。光伏电池的一部分可能被遮蔽，使得从被遮蔽电池接收低量的电磁辐射或不接收电磁辐射。在一些实施例中，多个光伏电池可以串联连接以提升所产生的电力，并且多个光伏电池中的一些可以并联连接以减少遮蔽对未被遮蔽的光伏电池的影响。 [0023] 串联的多个光伏电池提升系统效率。然而，如果整个电池被遮蔽(没有电流流过)，则由于通过串联的所有电池的电流必须相同，因此不从整个太阳能模块产生电力。如果一个电池被覆盖(诸如例如被用户的衬衫袖子)，则流过该一个电池的电流限制流过暴露在阳光下的所有其它电池的电流。通过使一串电池与关于第一组策略性地定位的一组或更多其它组电池并联，即使电池中的一个或更多个被遮蔽，光伏模块仍然可以收获有意义数量的太阳能量。一个挑战是路由高导电性母线以收集能量。通过添加额外的绝缘层和路由层，可以以与在通路周围具有绝缘的印刷电路板(PCB)中使用通路的方式类似地使用通路。设置被绝缘的通路导致从一层到另一层的低阻抗路径。具有串联的电池的多个串有助于从西/东方向(图中所示的左/右方向)以及从北/南方向(图中所示的上/下方向)的遮蔽。此外，本文所述的光伏电池可以具有串联在一起的多个子电池。这一点很重要，因为它提高效率并最小化从西/东遮蔽的影响，但也减少从北/南遮蔽的影响(取决于子电池的方向和布置)。图1A～9描绘可以减少遮蔽对电力产生的影响的多电池设计的各种布置。 [0024] 在示例性实施例中，对于跨着用于右手和左手穿戴的太阳能电池在不同位置从用户袖子(或其它障碍物)遮蔽，光伏设计可以被优化，以提高手表系统效率。在双电池配置中，双电池设计可使用具有通路的透明区域(手表的表盘)，以通过平衡实心光伏(PV)环与透明区域优化从衬衫袖子或夹克的遮蔽。非晶硅(a‑Si)单太阳能电池通常在最大功率输出时以0.75V工作。双电池将以该电压的两倍(1.5V)工作，同时产生一半的电流。由于电流为一半，因此导电损耗降低。单独的集成电路(IC)通常用于将电池电压提升到电池电压。锂离子聚合物的平均电压通常为‑3.8V，最大充电电压为4.35V。从0.75V升压到3.8V为约5的倍数。倍数越高，升压IC电压转换中的损耗越大。因此，双电池设计减少该倍数，提高IC升压效率，并提高整体系统效率。在一些实施例中，可以采用具有多于两个的串联电池的设计。在一些实施例中，可以串联使用多个电池。 [0025] 在示出包括第一电池102和第二电池104的光伏模块100的图1A～9中示出示例性多单元光伏电池设计，其中第一电池102和第二电池104是如上所述的双电池设计中的光伏电池。第一电池102和第二电池104被布置为即使从任何方向部分遮蔽光伏模块100的一部分也提供电流。因此，例如，如果如下所述将光伏模块100并入作为智能手表的表盘112(例如，表面)，则即使表盘112的西(左)部分被用户的袖子阻挡(遮蔽)，光伏模块100仍可以产生电流。示出的示例仅是多电池设计的一些各种可能配置，其中，两个或更多个电池跨着光伏模块100分布以确保：即使器件的多个部分被遮阳，电池中的每一个也可以产生一些电流。在涉及智能手表的示例性配置中，从左(西)或右(东)的遮蔽通常由用户的袖子引起。在双电池示例中，确保各电池在各左/右半球中大致均等地表现(例如，接近50％)，使得：即使器件中的许多从任一侧被遮蔽，光伏模块100也能够产生电流。 [0026] 图1A～9所示的示出的示例包括内部电池即第一电池102和第二电池104以及外部电池即第一外部电池106和第二外部电池108。外部电池本身可以是设置在边框110上的独立电池，或者可以包括第一电池102与第二电池104。第一外部电池106和第二外部电池108可以具有与相同类型的其它电池不同的光伏密度和/或透明度。例如，在以下描述的智能手表配置中，设置在光伏模块100的边框110上的电池(即，第一外部电池106和第二外部电池108)可以是不透明的(或半不透明的)，而光伏模块100的中心部分期望不透明性较低，以允许用户查看位于光伏模块100下方的显示器或其它机构。 [0027] 继续描绘光伏模块100的各种布置的图1A～3，光伏模块100可以包括第一电池102、第二电池104、第一外部电池106和第二外部电池108。在一些实施例中，第一电池102包括第一外部电池102，第二电池组104包括第二外部电池108。在一些实施例中，第一电池102和第二电池104包括串联连接的多个光伏电池。在一些实施例中，第一电池102被配置为具有由第二电池104的多个部分分开的若干部分。在这些分开的布置中，第一电池102的多个部分可以通过被绝缘的通路连接。类似地，第二电池104的各分离部分可以通过被绝缘的通路连接。在外部电池是第一电池102和第二电池104的部分的实施例中，外部电池可以通过被绝缘的通路连接。此外，被绝缘的通路可以连接到用于收集由光伏电池产生的电能的总线。 [0028] 图1A描绘光伏模块100的第一配置。第一电池102包括三个部分，两个在内部部分上(例如，在表盘112上，一个在边框110上)。第二电池104也包括三个部分，两个在表盘112上，一个在边框110上。在一些实施例中，第一电池102的多个部分如所示的那样被第二电池102的多个部分分开。第一电池102部分可以通过被绝缘的通路连接，使得这些部分串联在一起。类似地，第二电池104的多个部分也可以使用被绝缘的通路串联在一起。并且，第一电池102和第二电池104的各部分可以包括串联连接的光伏电池的串。并且，图1A描绘边框110上的第一外部电池106和第二外部电池108。第一外部电池108可以是第一电池102的一部分，并串联连接到第一电池102。在一些实施例中，第一外部电池106可以并联电连接到其它电池，使得如果其它电池被遮蔽，则第一外部电池104继续产生电力。可以使用电池布置的许多组合。 [0029] 在一些实施例中，第一电池102和第二电池104也可以相对于外部电池的位置以一定角度被配置。第一电池102和第二电池104可以被布置为与北/南(上/下)呈约45度的角度。第一外部电池106和第二外部电池108可以定位为一个在边框110的北半部分上、一个在边框110的南半部分上。光伏电池的布置跨着表盘112和边框110上的多个位置提供高的单个电池覆盖，使得如果表盘11的一部分和边框110部分被遮阳，各电池可以具有类似的覆盖，从而导致类似的功率输出。如上所述，被遮蔽电池的平衡应大致相等，以提供最高功率输出。多个电池的位置和布置可以基于特定的使用情况被优化，以提供基于遮蔽区域的最高效率或最小损失。 [0030] 例如，如图1B所示，图1A所示的光伏模块100可以附接到智能手表。当智能手表戴在用户手腕上并且用户的手垂在他们的侧面时，手表的南面的一部分可能被用户的长袖覆盖。在这种情况下，第一外部电池可以暴露于电磁辐射。但是，第二电池104在表盘112处的较大部分被暴露。因此，第一电池102的面积和暴露于电磁辐射的第二电池104的面积近似相等，从而导致第一电池102的暴露和第二细胞104的暴露之间的比率为1:1。结果是光伏模块100的高功率输出。 [0031] 图2和图3描绘不同配置中的光伏模块100，光伏模块100包括第一电池102、第二电池104、第一外部电池106和第二外部电池108。图2包括在第二电池104的许多部分之间互连的第一电池102的许多部分。第一电池102中的较大部分被设置在表盘112的东北侧的外部区域上，而第二电池的大部分被设置在表盘112中的西南部分上。较大部分被相反地设置，使得：如果表盘112的一部分被遮蔽，则第一电池102和第二电池104的未遮蔽部分的曝光近似相等并且可以有效地产生电力。类似地，图3呈现可以针对特定使用情况优化的电池的布置。 [0032] 图4描绘光伏模块100的示例性实施例，光伏模块100包括可以可选地消除通常由附图标记400表示的升压IC的串联和并联电池。升压IC通常需要将较低的太阳能电池电压升压至电池电压，以如上所述收获能量。通过串联连接特定数量的电池以输出与电池电压相同的电压，升压IC可以被去除。此外，如电池布置图402所示，多个电池可以被串联和并联布置，以限制从西/东和北/南的遮蔽的效果。可以实现如上所述的多个路由层。这种设计可以被优化以考虑并减少遮蔽效果。如上所述，表盘112可以是包括光伏模块100的内部的基本透明区域(包含第一电池102和第二电池104，但不包含边框110)，边框110包括第一外部电池106和第二外部电池108。 [0033] 在图4所示的实施例中，光伏模块100可以包括多个光伏电池。如电池布置图402所示，内部电池的多个部分可以串联连接，并且可以与内部电池的其它部分并联连接。可以基于表盘112的预期遮蔽部分优化布置。通过使用上面在智能手表的图1B中提供的示例，可以预期表盘112的南部被覆盖。因此，内部电池可以被配置为当北部暴露于电磁辐射时产生电力。并联和串联电池的组合可用于实现任何期望的电气配置。图4的示例提供了串联的两个电池404以及串联的六个电池的两个串406的并联组合。一个或更多个电池可以与对应的相对电池呈180度定位，因此，如果一个被边缘或袖子覆盖，则另一个仍然产生电力。图5描绘双电池设计的示例性配置。电池可以与图4中的电池配置类似地分离，并且电池可以以不同角度配置，使得一个可以暴露而另一个不暴露。 [0034] 图5呈现包括第一电池102和第二电池104的光伏模块100的双电池设计的实施例。在一些实施例中，第一电池102中的设置在表盘112的北半球中的部分可以与第一电池102的设置在表盘的112的南半球的部分串联连接。类似地，第二电池104的设置在表盘112的北半球中的部分可以与第二电池104的设置在南半球中的部分串联连接和并联连接。以这种方式，当电磁辐射在南半球被遮蔽时，北半球将有效地产生电流。 [0035] 图6‑9描绘具有矩形表盘112的光伏模块100。在图6～9的矩形示例中，边框110与图1A～4的更圆形的示例相比可以被放大。放大的边框110可以提供更多的用于覆盖外部电池(即，第一外部电池106和第二外部电池108)的区域。例如，在骑车人的阴影可能在骑行期间覆盖光伏模块100的多个部分或者骑车人将他或她的自行车停在阴影中的自行车计算机产品中，这种具有100％光伏覆盖的放大的边框区域的矩形配置可能是有用的。 [0036] 图6描绘基于光伏模块100的预期用途以优化图案配置的内部电池(即第一电池102和第二电池104)和外部电池(即，第一外部电池106和第二外部电池108)。如上文参考图 1A所述，内部电池可以被布置为使得电池在第一电池102和第二电池104之间交替并且呈45度角。外部电池可以以第一外部电池106被设置在光伏模块100的表盘112的东侧附近并且第二外部电池108被设置在光伏模块100的表盘12的西侧附近的图案被布置。电池的布置表示如下的优化的覆盖，即，如果光伏模块100在几乎任何方向上被直线覆盖，则包括第一外部电池106的第一电池102和包括第二外部电池108的第二电池104具有大致相同的暴露于太阳的表面积。因此，电池的电力产生比例为约1:1，并且电力产生被优化。图7～9描绘矩形电子设备的实施例的内部电池和外部电池的可选优化配置。在不脱离本教导的范围的情况下，可以提供用于任何电子设备的电池的任意布置。 [0037] 图7所示的示例性实施例呈现沿垂直北/南方向设置的内部电池以及水平对半划分或分割表盘112的在外部和内部配置之间切换的外部电池。图8描绘以一角度布置的内部电池以及在垂直对半划分表盘112的垂直线处被划分的外部电池。图9描绘以一角度配置的内部电池以及均等地覆盖边框110的顶部和边框110的底部的外部电池，并且，各外部电池被设置在相对的左侧和右侧。在图7～9中提供的配置仅是示例性的。应当注意，外部电池和内部电池的任何配置都可用于结合本文所述的实施例使用。 [0038] 图10A～10C描绘光伏模块100的内部和外部的各种截面。光伏模块100包括显示区域1000、PV环1002、总线1004、绝缘线1006和可以包括第一电池102的第一电极1008以及可以包括第二电池104的第二电极1010。在一些实施例中，电池可以由被绝缘的通路1012连接。可以如以上的图1A～9所示的那样配置光伏模块100的电池。在多电池配置中，电池之间的绝缘线1006可能变得对用户可见，从而降低装置的美观外观。如图10A所示，示例性光伏模块100是用于智能手表的配置，这里，光伏模块100旨在附接到电子智能手表显示器上方或以其它方式覆盖电子智能手表显示器。在图11～17中表示并且在后面详细描述智能手表配置。光伏模块100包括基本上不透明并且旨在环绕智能手表的边框110的致密PV环1002，例如包括100％的PV覆盖。不致密PV覆盖(包括例如在间隙之间分离以提供实质透明度的光伏材料线)覆盖在智能手表的显示器的中心或表盘112上。第一电池102和第二电池104可以包括光伏材料线，这些光伏材料线可以在智能手表显示器上以上述布置中的任一种被布置。 [0039] 图10B从图10A所示的截面A‑A描绘光伏电池结构的示例性实施例。光伏电池可以是第一电池102、第二电池104、第一外部电池106和第二外部电池108以及在本文的单电池或多电池设计中描述的任何电池。电池结构包括第一电极1008、第二电极1010、铝掺杂氧化锌(AZO)层1014、硅层1016、绝缘层1018和保护层1020。在一些实施例中，第一电极1006和第二电极101是用于接收和传导由吸收层产生的电流的金属电极。金属层可以包括任何导电材料，诸如例如铝、铜、锌、镍、石墨、碳、钛、黄铜、银、金、铂和钯、混合金属氧化物以及它们的任何合金或组合。 [0040] 在一些实施例中，第一电极1008和第二电极1010可以包括任意的金属和/或非金属材料。第一电极1008和第二电极1010可以是能够导电的任何金属，诸如例如锡、铝、银、金、铜或金属的任何组合或合金。并且，在一些实施例中，第一电极1008和第二电极可以包括如下所述的任何透明导电氧化物(TCO)。 [0041] 在一些实施例中，AZO层可以是用于提供透明或接近透明的导电电极的TCO材料。AZO层1014可以是本文所述的TCO中的任一种。TCO可以包括用于在暴露于电磁辐射时产生电流的掺杂金属氧化物。在一些实施例中，TCO可以是铟锡氧化物、掺杂氧化锌或者可以如本文的实施例中所述使用的任何其它掺杂氧化物、有机材料、无机材料或聚合物。在一些实施例中，TCO由晶体硅(例如微晶硅)、非晶硅和/或钙钛矿制成。尽管本文描述AZO层1014，但对于可用于本文描述的TCO电极层的材料类型没有限制。 [0042] 在一些实施例中，硅层1016可以包括吸收体层，这些吸收体层在基本上透明的同时产生功率，使得可以通过光伏电池观看电子设备的显示。吸收体层可以包括与用于在暴露于电磁辐射时产生电流的电极组合的晶体硅和/或非晶硅和/或者钙钛矿以及任何掺杂的金属氧化物。 [0043] 如上所述，第一电极1008和第二电极1010可以包括金属和/或TCO层。在一些实施例中，第一电池102和第二电池104可以包括金属/吸收体/TCO层，并且在一些实施例中，第一电池102和第二电池104可以包括TCO/吸收体/TCO层。可以在本文中包括材料和层以及附加层的任何组合。 [0044] 图10C描绘显示第一外部电池106和第二外部电池108的截面B‑B的边框110。如上述实施例所述，第一外部电池106可以与第二外部电池108分开设置。在一些实施例中，绝缘层1018和保护层1020可以包括具有低导电性或不导电的任何有机材料。在一些实施例中，绝缘层1016可以注入或包括光致抗蚀剂材料。光致抗蚀剂材料可以吸收光，使得用户看不到绝缘线。 [0045] 示例性环境 [0046] 图11描绘根据本公开的一个或更多个实施例的移动电子设备(在本实施例中，为智能手表1100)的透视图。如下所述的光伏电池可以被配置为被设置在移动电子设备中并为其供电。示例性智能手表1100可以操作为向智能手表1100的用户提供健身信息和/或导航功能。可以以各种方式配置智能手表1100。例如，智能手表1100可以被配置为在健身和/或运动活动期间使用，并且包括循环计算机、运动手表、高尔夫计算机、提供健身或运动应用(APP)的智能电话和用于徒步旅行的手持GPS设备等。然而，设想可以结合任何移动电子设备实现本教导。因此，移动电子设备还可以被配置为便携式导航设备(PND)、移动电话、手持便携式计算机、平板计算机、个人数字助理、多媒体设备、媒体播放器、游戏设备以及它们的组合等。在以下描述中，所引用的部件，诸如移动电子设备或具体地说智能手表1100，可以指一个或更多个实体，因此，按照惯例，可以通过使用相同的附图标记引用单个实体(例如，智能手表1100)或多个实体(例如，智慧手表1100和多个智能手表1100等)。在一些实施例中，光伏电池可以提供电力以运行移动电子设备的所有部件。 [0047] 智能手表1100包括壳体1102。壳体1102被配置为容纳(例如，基本上封闭)智能手表1100的各种部件。例如，壳体1101可以由轻质和抗冲击材料(诸如金属或金属合金、塑料、尼龙或其组合)形成。例如，壳体1102可以由诸如非金属材料的非导电材料形成。壳体1102可以包括一个或更多个垫圈，诸如密封件，以使其基本上防水或抗水。壳体1102可以包括用于电池和/或用于为智能手表1100的一个或更多个部件供电的另一电源的位置。壳体1102可以是单件或可以包括多个部分。在实施例中，壳体1102可以由诸如金属的导电材料或半导电材料形成。 [0048] 在各种实施例中，智能手表1100包括观看区域1104。观看区域1104可以包括液晶显示器(LCD)、薄膜晶体管(TFT)、发光二极管(LED)、发光聚合物(LEP)和/或聚合物发光二极管(PLED)。然而，实施例不限于此。在各种实施例中，观看区域1104包括一个或更多个模拟或机械呈现指示器，诸如模拟表针或机械复杂度或其它机械仪表或千分表。在这些实施例中，观看区域1104用于显示文本和/或图形信息。观看区域1104可以是背光的，使得可以在黑暗或其它低光环境中观看它。然而，实施例不限于此。观看区域1104可以由覆盖和/或保护智能手表1100的部件的透明透镜或覆盖层包围。观看区域1104可以通过背光被提供背光，从而可以在黑暗或其它低光环境中观看它。观看区域1104可以具有触摸屏以从用户接收输入(例如，数据、命令等)。例如，用户可以通过触摸触摸屏和/或通过在屏幕上执行手势来操作智能手表1100。在一些实施例中，触摸屏可以是电容触摸屏、电阻触摸屏、红外触摸屏及其组合等。智能手表1100还可以包括一个或更多个输入/输出(I/O)设备(例如，键盘、按钮、无线输入设备、指轮输入设备和轨迹棒输入设备等)。I/O设备可以包括一个或更多个音频I/O设备，诸如麦克风和扬声器等。 [0049] 如上所述，在各种实施例中，智能手表1100包括一个或更多个机械表针(例如，时针、分针和秒针等)或机械复杂体(日期、日历和千分表等)。这些机械表针或机械复杂体可以由电动机或其它机械结构(例如，弹簧、轮子等)驱动。 [0050] 智能手表1100还可以包括代表通信功能的通信模块，以允许智能手表1100在不同设备(例如，部件/外围设备)之间和/或在一个或更多个网络上发送/接收数据。通信模块可以代表各种通信部件和功能，包括但不限于：一个或更多个天线；浏览器；发射机和/或接收机；无线的无线电；数据端口；软件接口和驱动器；网络接口；数据处理部件；等等。智能手表1100可以被配置为经由一个或更多个网络与蜂窝提供商和互联网提供商通信以分别接收移动电话服务和各种内容。内容可以表示各种不同的内容，其示例包括但不限于：可以包括路线信息的地图数据；网页；服务；音乐；照片；视频；电子邮件服务；即时消息；设备驱动器； 实时和/或历史天气数据；指令更新；等等。 [0051] 一个或更多个网络代表各种不同的通信路径和网络连接，这些通信路径和连接可以单独或组合使用，以在各种部件之间进行通信。因此，一个或更多个网络可以代表通过使用单个网络或多个网实现的通信路径。并且，一个或更多个网络代表所设想的各种不同类型的网络和连接，包括但不限于：因特网；内联网；卫星网络；蜂窝网络；移动数据网络；有线和/或无线连接；等等。无线网络的示例包括但不限于：根据电气和电子工程师协会(IEEE)(诸如802.11或802.106(Wi‑Max)标准)、由Wi‑Fi联盟颁布的Wi‑Fi标准和由Bluetooth Special Interest Group颁布的蓝牙标准中的一个或更多个标准配置用于通信的网络。也可以设想有线通信，诸如通过通用串行总线(USB)、以太网和串行连接等。 [0052] 根据本公开的一个或更多个实施例，智能手表1100包括控制按钮1106。如图11所示，控制按钮1106与壳体1102相关联，例如，邻近壳体1102。虽然图11描绘与壳体1102相关联的四个控制按钮1106，但实施例不限于此。例如，智能手表1100可以包括少于四个的控制按钮1106，诸如一个、两个或三个控制按钮。另外，智能手表1100可以包括多于四个的控制按钮1106，诸如例如五个、六个或七个。控制按钮1106被配置为控制智能手表1100的功能。在各种实施例中，智能手表1100的观看区域的多个区域被触摸传感器覆盖，在后面关于图 13～17进一步描述该触摸传感器。在这些实施例中，当用户触摸与智能手表1100相关联的触摸屏的各种表面区域时，触摸屏用作向智能手表1100提供输入的用户界面部件，这些区域被配置为控制智能手表1100的功能。 [0053] 智能手表1100的功能可以与位置确定部件1202(图12)和/或性能监测部件1204(图12)相关联。智能手表1100的功能可以包括但不限于显示智能手表1100当前的地理位置、映射观看区域1104中的位置、定位期望位置并在观看区域1104上显示期望位置、监测用户心率、监测用户速度、监测行驶距离和计算消耗的卡路里等。在实施例中，可以从壳体1102的移动提供用户输入。例如，可以使用加速度计以识别壳体1102上的轻击输入或壳体 1102的向上和/或侧向移动。在实施例，可以从通过使用各种触摸感测技术(诸如电阻触摸或电容触摸接口)识别的触摸输入提供用户输入。 [0054] 根据本公开的一个或更多个实施例，智能手表1100包括带1108。如图11所示，带1108与壳体1102相关联，例如，耦合到壳体1102。例如，可以通过将固定元件附接到相应的连接元件，将带1108可去除地固定到壳体1102。固定元件和/或连接元件的实例包括但不限于钩、闩锁、夹具和卡扣等。带1108可以由例如轻质且有弹性的热塑性弹性体和/或织物制成，使得带1108可以在将壳体1102固定到用户的同时环绕用户的一部分而没有不适。带 1108可以被配置为附接到用户的各个部位，诸如用户的腿、腰、腕、前臂和/或上臂。 [0055] 图12表示根据本公开的各种实施例的示例性移动电子设备(诸如图11的智能手表1100)的内部部件的框图1200。壳体1102可以包括定位在壳体1102内的位置确定部件1202。 例如，位置确定部件1202可以包括具有地平面的天线1206。可以通过将印刷电路板和/或导电笼与天线1206耦合形成地平面。可以通过使用焊料、连接元件或其组合耦合天线1206和地平面。 [0056] 位置确定部件1202可以是被配置为提供智能手表1100的地理位置信息的GPS接收器。位置确定部件120可以是例如GPS接收器，诸如 在各种产品中提供的那些。通常，GPS是能够确定连续的位置、速度、时间和方向信息的基于卫星的无线电导航系统。多个用户可以同时利用GPS。GPS包含绕地球轨道运行的多个GPS卫星。基于这些轨道，GPS卫星可以将其位置中继到GPS接收器。例如，当从GPS卫星接收GPS信号(例如无线电信号)时，本文公开的手表可以确定该卫星的位置。手表可以继续扫描GPS信号，直到它获取了数个(例如至少三个)不同的GPS卫星信号。手表可以采用几何三角测量，例如，其中手表利用已知的GPS卫星位置以确定手表相对于GPS卫星的位置。可以对手表例如在连续的基础上实时更新地理位置信息和/或速度信息。 [0057] 位置确定部件1202还可以被配置为提供各种其它位置确定功能。出于本文讨论的目的，位置确定功能可以涉及各种不同的导航技术和可以通过“知道”一个或更多个位置支持的其它技术。例如，位置确定功能可以被用于提供位置/定位信息、定时信息、速度信息和各种其它导航相关数据。因此，位置确定部件1202可以以各种方式被配置以执行各种功能。例如，位置确定部件1202可以被配置为用于户外导航、车辆导航、空中导航(例如，用于飞机、直升机)、海中导航和个人用途(例如，作为健身相关设备的一部分)等。因此，位置确定部件1202可以包括各种设备，以通过使用先前描述的技术中的一种或更多种确定位置。 [0058] 位置确定部件1202例如可以组合使用经由GPS接收器接收的信号数据与存储在存储器中的地图数据，以生成导航指令(例如，到输入目的地或感兴趣点的轮流指令)和在地图上显示当前位置等。位置确定部件1202可以包括一个或更多个天线1206，以接收信号数据以及执行其它通信，诸如经由一个或更多个网络的通信。位置确定部件1202还可以提供其它定位功能，以诸如确定平均速度和计算到达时间等。 [0059] 位置确定部件1202可以包括一个或更多个处理器、控制器和/或其它计算设备以及例如用于存储由处理器或其它计算设备访问和/或生成的信息的存储器1208。处理器可以与印刷电路板电耦合，并且可以操作为处理由天线1206接收的位置确定信号。位置确定部件1202，例如天线1206，被配置为接收位置确定信号，诸如来自GPS卫星的GPS信号，以确定智能手表1100的当前地理位置。位置确定部件1202还可以被配置为计算到期望位置的路线，提供指令(例如方向)以导航到期望位置，在显示器上显示地图和其它信息，以及执行其它功能，诸如但不限于本文所述的那些功能。 [0060] 存储器1208可以存储由位置确定部件1202使用或生成的地图数据和路线。存储器1208可以与位置确定部件1202集成、为独立存储器或为两者的组合。存储器1208可以包括例如可去除的非易失性存储卡，诸如TransFlash卡。存储器1208是设备可读存储介质的示例，该设备可读存储介质提供存储功能以存储与智能手表1100的动作相关联的各种数据，诸如上述软件程序和代码段、或者指示智能手表1100中的处理器和其它元件执行本文所述技术的其它数据。可以采用各种类型和组合的存储器。存储器1208可以与处理器集成、为独立存储器或者为两者的组合。存储器1208可以包括例如可去除和不可去除的存储元件，诸如RAM、ROM、闪存(例如，SD卡、迷你SD卡、微型SD卡)、磁、光和USB存储设备等。 [0061] 天线1206例如可以被配置为接收和/或传送信号，诸如GPS信号。天线1206可以是能够从远程源接收无线信号的任何天线，包括定向天线和全向天线。天线1206可以包括地平面的长度影响天线1206的效率的任何类型的天线。根据本公开的一个或更多个实施例，天线1206是具有地平面的全向天线。全向天线可以根据方向以两个正交极化接收和/或传送。换句话说，全向天线不具有接收和/或传送的主要方向。全向天线的示例包括但不限于倒F天线(IFA)和平面倒F天线。与全向天线相比，定向天线在离开地平面的方向上具有约70×70度扇区上的接收和/或传送的主波瓣。定向天线的示例包括但不限于微带天线和贴片天线。 [0062] 根据本公开的一个或更多个实施例，天线1206可以是嵌入式天线。如本文所使用的，嵌入式天线指的是完全定位在设备壳体内的天线。例如，天线1206可以完全定位在壳体1102内。在一些实施例中，天线1202可以是外部天线，使得天线1206的全部或一部分从壳体 1102暴露。 [0063] 如所讨论的，位置确定部件1202包括天线1206。天线1206可以与天线支撑组件相关联，例如，在天线支撑组件上和/或内形成天线1206。可选地，天线1206可以定位在天线支撑组件的顶部或者一个或更多个侧部上。 [0064] 印刷电路板可以支持数个处理器、微处理器、控制器、微控制器、可编程智能计算机(PIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、其它处理部件、其它现场逻辑器件、专用集成电路(ASIC)和/或被配置为访问和/或存储由智能手表1100接收或生成的信息的存储器1208。如本文所述，智能手表1100可以实现一个或更多个软件程序以控制显示器上的文本和/或图形信息。作为示例，印刷电路板可以支撑天线支撑组件的底部。在一些实施例中，天线支撑组件和天线1206可以定位在印刷电路板的顶表面、底表面或侧面的中心。 [0065] 处理器1210可以为智能手表1100提供处理功能，并且可以包括任何数量的处理器、微控制器或其它处理系统以及用于存储由智能手表1100访问或生成的数据和其它信息的常驻或外部存储器。处理器1210可以执行实现本文所述的技术和模块的一个或更多个软件程序。处理器1210不受其形成的材料或其中采用的处理机制的限制，因此，可以通过半导体和/或晶体管(例如，电子集成电路(IC))等实现。 [0066] 根据本公开的一个或更多个实施例，智能手表1100的功能可以与位置确定部件1202和/或性能监测部件1204相关联。例如，位置确定部件1202被配置为接收信号，例如位置确定信号(诸如GPS信号)，以根据信号确定智能手表1100的位置。位置确定部件1202还可以被配置为计算到期望位置的路线、提供导航到期望位置的指令、在观看区域1104中显示地图和/或其它信息、执行本文所述的其它功能等。 [0067] 性能监测部件1204可以位于壳体1102内，并与位置确定部件1202和观看区域1104耦合。性能监测部件1204可以从位置确定部件120接收信息，包括但不限于地理位置信息，以执行诸如监测性能和/或计算与手表用户的运动(例如锻炼)相关的性能值和/或信息的功能。性能的监测和/或性能值的计算可以至少部分地基于地理位置信息。性能值可以包括例如用户的心率、速度、行驶的总距离、总距离目标、速度目标、布速、节奏和消耗的卡路里。这些值和/或信息可以呈现在观看区域1104中。 [0068] 在实施例中，智能手表1100包括可以存储在存储器1208中并且可以由处理器1210执行的用户界面。该用户界面代表控制在观看区域1104中向智能手表1100的用户显示信息和数据的功能。在一些实现中，观看区域1104内的显示模块可以不集成到智能手表1100中，而是可以通过使用通用串行总线(USB)、以太网和串行连接等被外部连接。用户界面可以提供允许用户通过经由触摸屏和/或I/O设备提供输入与智能手表1100的一个或更多个应用交互的功能。例如，用户界面可以导致生成应用编程界面(API)以向应用公开功能，以配置用于在观看区域1104中显示或与另一显示器组合显示的应用。在实施例中，API可以进一步公开配置应用的功能，以允许用户通过经由触摸屏和/或I/O设备提供输入与应用交互。应用可以包括软件，该软件可存储在存储器1208中并可由处理器1210执行，以执行以向智能手表1100提供功能的特定动作或一组动作。示例应用可以包括健身应用、锻炼应用、健康应用、饮食应用、蜂窝电话应用、即时消息传递应用、电子邮件应用、照片共享应用、日历应用和地址簿应用等。 [0069] 在各种实施例中，用户界面可以包括浏览器。浏览器使智能手表1100能够显示诸如万维网内的网页和由专用网络中的网络服务器提供的网页等的内容并与之交互。浏览器可以以各种方式被配置。例如，浏览器可以被配置为通过用户界面访问的应用。浏览器可以是适合于由具有大量存储器和处理器资源的全资源设备(例如，智能电话、个人数字助理(PDA)等)使用的网络浏览器。然而，在一个或更多个实现中，浏览器可以是适合于由具有有限存储器和/或处理资源的低资源设备(例如，移动电话、便携式音乐设备、可移动娱乐设备、腕带等)使用的移动浏览器。这种移动浏览器通常节省电池能量、存储器和处理器资源，但是可以提供比网络浏览器更少的浏览器功能。 [0070] 在各种实施例中，智能手表1100包括储能设备，诸如电池1212。应当理解，该储能设备可以采用任何常规或后来开发的储能或化学电池技术，诸如超级电容器，例如采用静电双层电容和电化学假电容。在各种实施例中，储能设备或电池1212包括锂聚合物电池。如结合图11解释的那样，在各种实施例中，控制按钮1106被配置为控制智能手表1100的功能。 [0071] 在一些实施例中，储能设备电连接至本文所述的光伏电池。光伏电池可以提供电力以对储能设备充电。光伏电池可以直接连接到储能设备，或者通过用于跨多个电池单元平衡电荷的中间处理器连接。 [0072] 图13示出根据本公开的实施例的能量收集触摸屏单元1300的各个层。在各种实施例中，设置薄的、基本上透明的透镜或覆盖层1302。可以通过覆盖层1302观察触摸屏单元1300内的观看区域，而覆盖层1302保护触摸屏单元1300免受物理损坏。并且，在各种实施例中，采用非常坚固、抗划伤和基本透明的材料，诸如蓝宝石玻璃，蓝宝石玻璃是非常适合用于触摸屏的合成晶体。在各种替代性实施例中，覆盖层1302由纽约康宁公司的Gorilla玻璃(TM)制成。 [0073] 在各种实施例中，公共基层1304被设置在覆盖层1302的紧下方。在各种实施方案中，覆盖层1302和公共基层1304之间的气隙填充有基本透明的光学粘合剂。应当理解，覆盖层1302可以任意薄，与公共基层1304成一体并形成其一部分。在实施例中，公共基层1304包括可用于感测触摸屏单元1300的表面处的触摸的触摸传感器1312。在各种实施例中，公共基层1304由硼硅酸盐玻璃制成。在实施例中，触摸传感器1312是由诸如铟锡氧化物(“ITO”)的透明导电材料制成的电容式触摸面板(“CTP”)，该透明导电材料在公共基底层1304的顶面上以阵列形式被图案化，并且在各种实施例中被进一步处理以促进电互连。 [0074] 在各种实施例中，公共基层1304的底面包括为其提供光伏特性的材料。在各种实施例中，光伏表面1316(如图16和17所示)由外部部分1308和内部部分1310组成。光伏表面1316是公共基层1304的施加内部部分1308的表面。在实施例中，外部部分1308基本上是连续的，这意味着外部部分1308是基本上完整的并且没有被蚀刻。相反，在各种实施例中，内部部分1310被光刻掉，使得内部部分1310的仅仅小部分实际上覆盖公共基层1304的表面。 [0075] 在一些实施例中，显示模块1306被设置在公共基层1304下方。在各种实施例中，显示模块1306是像素间距为1026.9微米的液晶像素阵列，每个像素由9个孔径组成，每个颜色子像素有3个孔径。在实施例中，在孔径之间存在5微米的间隙。在各种实施例中，能够叠加10微米宽的光伏材料条带，使得仅10％的显示模块1306的面积被阻挡，并且显示器的亮度和对比度仅受到最小的影响。在实施例中，光伏材料条带以25度倾斜角叠加在显示像素的列上，从而产生最小的莫尔效应。 [0076] 在各种实施例中，由外部部分1308和内部部分1310组成的复合光伏表面1316是圆形的或与智能手表1100或其它便携式电子设备的表盘的形状基本上一致。在下面的图16和图17中进一步表示光伏表面。在各种实施例中，外部部分1308由沿显示器的远侧周边的基本上连续的光伏材料的环形环构成。并且，光伏材料的内部部分1310可以按图案分散在公共基层1304的内部部分1310上，以最小程度地模糊触摸屏单元1300内的观看区域的观看。光伏表面1316在显示模块1306和公共基层1304之间位于公共基层1303的底面上。触摸传感器1312沉积在公共基层1304的顶面上。在各种实施例中，设置背光1314，使得显示模块1306在黑暗或相对低光环境中可见。 [0077] 图14和图15示出根据本公开的各种实施例的公共基层1304的前部表盘上的触摸传感器1312，其中，具有一般由附图标记1400表示的柔性印刷电路电缆1402，不具有一般由附图标记1500表示的柔性印刷电路线缆1402。在各种实施例中，通过由图14所示的公共基层1304的上表面上的ITO阵列制成的CTP，设置携式电子设备的触摸屏部分。另外，柔性印刷电路电缆1402具有连接器1404，该连接器1404可以连接到与智能手表1100相关联的电子设备，诸如图12所示的性能监测部件1204。 [0078] 在各种实施例中，用于与柔性印刷电路电缆1402电互连的由ITO制成的接触焊盘被设置在玻璃表面上。在各种实施例中，由电镀铜制成的接触焊盘1502被设置在柔性印刷电路电缆1402上，以促进这种电互连。在各种实施例中，起导电胶作用的各向异性导电膜(“ACF”)材料被设置，以将玻璃结合到柔性印刷电路电缆1402。在各种实施例中，CTP阵列通过检测图14和15的触摸传感器1312的ITO区域之间的电容的差异或变化工作。以使得柔性印刷电路线缆1402可以在壳体1102(图11)被密封闭合之前方便地折叠在公共基层1304下并插入智能手表1100的电子设备中的方式，柔性印刷电路电缆1402包括连接器1404。在各种实施例中，公共基层1304的顶面的CTP或者附着到覆盖层1302或者非常接近。为了提高电容触摸灵敏度，ITO触摸传感器(玻璃上的铟锡氧化物图案)与被感测的触摸对象(例如，人手指)之间的距离被最小化。另外，通过最小化该间隙中的材料的介电常数提高灵敏度。在各种实施例中，对于诸如智能手表1100的可穿戴应用，触摸传感器1312可以通过透镜或类似覆盖层1302之间的气隙感测。应当理解，触摸传感器1312通过导电或保持电荷的层次优地动作。当在覆盖层1302上累积电荷的情况下，例如使用附加的防眩光涂层(未示出)，触摸传感器1312在暴露于直射阳光时可能无法正常工作，出于这种原因，与本教导一致，选择不保持大量电荷的材料。 [0079] 如上所述，通过最小化触摸传感器1312和被感测对象(通常是手指)之间的材料组合的介电常数，增加电容触摸灵敏度。作为参考，环境空气的介电常数为约1.0(相对介电常数)，而蓝宝石为约10，玻璃为约5，导电金属的介电系数基本上为无穷大。因此，可以理解，虽然诸如硼硅酸盐玻璃的玻璃允许比一些较硬材料更大的触摸灵敏度，但它缺乏蓝宝石的保护特性。因此，选择覆盖层1302的材料以提供最大的物理保护，同时仍提供足够的触摸灵敏度。以这种方式，可以通过在ITO图案中测量并传送到连接器1404的各个引脚的电容的变化，精确地确定手指或其它电容性指向设备接触覆盖层1302的表面的位置。 [0080] 图16和图17示出根据本公开的各种实施例的公共基层1304的前部表盘上的光伏表面1316。在各种实施例中，光伏表面1316由一个或更多个掺杂非晶硅层形成，与一些其它光伏材料相比，该掺杂非晶硅层具有低成本和低毒性的优点，但应理解，在不背离本教导的情况下，可以采用其它光伏材料。在各种实施例中，通过首先沉积基本上均匀的一层或多层光伏材料并然后通过光刻去除材料的期望部分，形成光伏表面1316的内部部分1310的图案。 [0081] 在各种实施例中，光伏能量通过覆盖层1302和触摸传感器1312的ITO阵列(以及公共基层1304)被传送到光伏层中。光伏层由包括光伏电池的光伏表面1316的外部部分1308和内部部分1310组成。光伏电池随后在光伏层中产生电流并因此产生能量，该能量随后通过接头片1602处的导体并通过柔性印刷电路电缆1402被收集，以存储在如结合图12的电池1212所述的能量存储设备中。接头片1602通过ACF结合到公共基层1304，以提供到柔性印刷电路电缆1402的电互连。在一些实施例中，设置在光伏表面上的光伏电池可以是上述光伏电池设计中的任何一种。 [0082] 尽管已经参考附图中所示的实施例描述了本发明，但应注意，在不脱离权利要求书中所述的本发明范围的情况下，这里可以使用等同物和提出替代物。 [0083] 在描述本发明的各种实施例之后，新要求权利并希望受到专利证书保护的内容包括以下。 |
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