CN109874348A - 具有透明导电层和太阳能电池的装饰性复合体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及饰品元件，其包含(a)具有含有凸的弧形区域的表面刻面的透明饰品石，(b)涂覆到含有凸的弧形区域的刻面的表面上，(c)波长选择性层，其被涂覆到(c1)对立于经刻面的弧形表面的平面侧上或(c2)光电池(d)上，(d)光电池和(e)触敏式电路。

Description

具有透明导电层和太阳能电池的装饰性复合体
发明领域
本发明涉及饰品元件，其含有包含凸的弧形区域的经刻面的透明体、波长选择性层、透明导电层和光电池。所述饰品元件适用于能量供应，尤其是在可穿戴的电子产品领域中并适用于电子器件的功能控制。
现有技术
刻面饰品石至今几乎仅出于纯粹的美观目的被用于附属品中和用在纺织品上，几乎不具有功能性效果。在可穿戴的电子品(所谓的可穿戴科技)，一个具有巨大成长机遇的市场方面，缺少饰品石的身影，因为在这方面，使用者更多地将之与功能性而非饰品相关联。可穿戴科技领域中如体传感器、智能手表或数字眼镜的最大挑战是供电，其突然停止运作使得器件经常在不希望的时间点丧失功能。除了供电，电子器件的功能控制也是项挑战，特别是功能性和美观应当相结合的时候。触敏式电子传感器，例如已知于触摸屏，使得借助手指或输入笔对电子器件便利的功能控制成为可能。电子器件的输入界面是通过触摸引发功能的器件部分。作为用于功能控制的输入界面赋予器件准确的触敏式电子可操控性和装饰性外观的饰品石是没有的。
由专利申请US 2013/0329402已知一种借助内置太阳能电池用于装饰性元件的供电。
根据专利文献US 4,173,229，太阳能电池还用于臂环带和链条，从而输送治疗有效的电流流经首饰携带者的身体。
德国实用新型专利DE 203 03 952 U1建议在报警锁中使用太阳能电池用于首饰的安全。
专利文献U.S.7,932,893描述了一种具有触敏式传感器的表，其用于计算机-光标的控制。
在专利文献U.S.6,868,046中公开了一种具有电容键的表。所述电容键借助手指手动操作并用于表针的控制。
US 2004/065114 A1公开了一种具有导电连接的饰品石托座，从而建立在饰品石和其托架之间的接触。所述接触借助电线进行。
在FR 1221561A中公开了一种饰品元件，其可通过磷光材料导致发光。
在WO2010/075599A1中描述了一种透明材料体，其用透明的导电层涂层。用所述透明的导电层建立起与无机半导体芯片，LED，的接触。
US2015/0313329A1公开了一种饰品件，其可通过接近开关的触发来照明。
苛求装饰性的具有太阳能电池的的饰品石是欧洲专利申请号为14 191 386的目标。用作为触敏式电子输入界面的饰品石是未知的。本发明的任务在于如此改造饰品石，使之既可以用于供电还适合用作为电子器件的功能控制。
发明描述
本发明的第一目标涉及饰品元件，其含有
(a)具有包含凸的弧形区域的表面刻面的透明饰品石，
(b)在包含凸的弧形区域的经刻面的表面上涂覆的透明导电层，
(c)波长选择性层，其涂覆到
(c1)对立于经刻面且弧形的表面的平面侧之上，或
(c2)光电池(d)上，
(d)光电池和
(e)触敏式电路。
构件(a)至(d)在优选的实施形式中用粘合剂连接。
本发明的另一项目标是根据本发明的饰品元件用于电子器件(特别是可穿戴的电子器件)的供电和/或用于功能控制的用途。同样包含根据本发明的饰品元件的物体是本发明的目标。例如，所述饰品元件可有利地装配到所谓的活动示踪器(Activity Tracker)中，其由此同样是本发明的目标。后面提及其它的应用可能性。
令人惊奇地发现，具有经刻面的表面且包含凸弧形区域的的透明饰品石与透明的导电层、与波长选择性层和光电池的组合适合作为电源和作为输入界面用于最不相同的目的。在本发明的意图中，术语光电池、光电(PV)元件和太阳能电池是同义使用的。根据本发明的复合体不仅具有改善的供电性能，其同时是具有高火彩的饰品石并还适用于电子器件的功能控制。
根据本发明的组合在涉及和技术领域提供了多样的使用可能性，作为电源、作为用于功能控制的输入界面且还作为饰品石。所述具有包含凸的弧形区域的表面刻面的透明饰品石在下面也被描述为光学元件。所述饰品元件是高火彩的并由此允许不仅用作为电源、用作为功能控制的输入界面，还用作为装饰性元件。对于透明，被理解为材料透射(Transmission)电磁波的能力。如果一种材料对于入射的或宽或窄频谱的电磁射线(光子)透明，该射线可几乎完全穿透所述材料，即几乎没有反射和几乎没有吸收。根据本发明优选对透明理解为至少60％入射光线的透射，优选70％以上和特别优选80％以上。对于刻面，根据本发明理解为具有多角或所谓的多边形(n≥3)的饰品石表面构造；刻面通常通过削磨粗晶获得，但也通过压制方法得到。术语凸的和凹的涉及在刻面上或下虚构的包络面且该定义的理解类似于光学中的透镜。凸的和凹的区域在此既可以是对称的也可以是不对称的。
所述饰品元件(复合体)的可能构造方式呈现于凸(1a)至(1b)中，其中标记具有以下含义：
(1)具有包含凸的弧形区域的表面刻面的透明饰品石；
(2)光电池(太阳能电池)；
(3)波长选择性涂层；
(4)粘合剂；
(5)透明导电层；
(5.1)、(5.2)、(5.3)、(5.4)、(5.5)和(5.6)具有导电层的区域部分；
(6)导电连接；
(7)评价传感装置；
(8)用手指或输入笔触摸；
(9)以箭头方向运动；
(10)以改变的箭头方向运动；
(11)整体饰品元件。
透明导电层(见下)根据本发明是优选涂覆到饰品石的弧形经刻面的表面上的(图1a)。层(5)在图1a中不是连贯描绘的，因为其在本发明的意图中还可以沉积在空间分开的区域部分(见下)。所述波长选择性涂层(见下)可在根据本发明的实施形式中直接位于与所述刻面相对立的平面侧上(图1a)。在另一个根据本发明的实施形式中，所述波长选择性涂层在太阳能电池上，其与饰品石(1)粘结(图1b)。需注意的是，各部件的粘结不是必须的。
所述波长选择性层根据本发明原则上也可涂覆到在透明导电层与经刻面的表面之间的经刻面的表面上；然而其由于可能减小火彩不是很优选的实施形式。如果所述波长选择性层被涂覆到饰品石的平面侧，则在饰品石内部发生多重反射，其导致火彩的增强。所述光电池同样可通过沉积或蒸发半导体材料直接在所述光学元件上制备，即不是必须被粘结。
所述饰品元件提供了可能性，使可穿戴科技领域的不同器件完全自供电运行或其运行时间取决于落下的光线被显著提高。
饰品石与评价传感装置(见下)的连接允许电子器件的功能控制。通过借助手指或导电输入笔触摸导电层引发用于功能控制电子器件的信号。恰恰对于可穿戴的电子器件，由于其微小的构造体积，电子器件的功能控制是一种挑战。根据本发明的饰品石结合了高火彩和输入界面的功能。
所述饰品元件的一种应用表现于指环或耳环，其中作为饰品石起作用并同时为置入的测试传感装置包括发射单元提供必要的电。此类系统可用于经皮光学测量例如血液中的乳酸盐、葡萄糖或褪黑素。所述饰品元件同样可拿来用于功能控制测量传感装置。最不相同的功能控制可能性是可以被考虑的，例如开启和关闭功能或者在不同运作模式之间的切换可能性。
移动器件(例如移动电话、笔记本电脑、GPS系统或平板电脑)的部分充电，通过许多串联或并联的饰品元件也是可能的。根据本发明的饰品元件还可以为所谓的可切换效果供电，例如用于饰品石的颜色改变或例如所谓的智能手表的显示功能。可切换效果通过使用饰品元件和适宜的评价传感装置(见下)经例如用手指触摸饰品元件的导电层进行控制。触摸饰品元件的透明导电层可例如起到改变饰品石颜色的作用。
所述饰品元件或多个饰品元件可置入臂环带中，以便例如为智能手表或活动传感器(Activity Tracker)供电。如果将饰品元件通过特制的托座(Fassung)彼此连接，可实现所述饰品元件彼此可靠的电子连接。从饰品元件到需要点的产品部件的电输送，例如经特制的弹簧棒(Federsteg)(主要在钟表的情况下)或通过弹簧销钉(Pogo-Pins)是可能的。在多个饰品元件的情况下可将各个饰品元件用来进行功能控制。所述饰品元件还可以用于功能控制彼此电连接，从而只有多个饰品石的接连触摸下才引发功能(见下)，例如显示屏的亮度调节和播放器的声响强度调节。
具有包含凸的弧形区域的经刻面的表面的透明饰品石
所述饰品石可由许多不同类型的材料制得，例如由透明玻璃、塑料、透明陶瓷或透明宝石或次宝石制得。根据本发明优选刻面透明饰品石由玻璃或由塑料制备，因为这是成本最低廉的并且可以最容易设计刻面。根据本发明特别优选使用玻璃。所述饰品石包含凸弧形或凸和凹弧形区域。这意味着，在刻面侧除了凸弧形区域还可存在凹弧形区域。饰品石刻面侧的对立侧是平面的(优选)或是凹面的。根据本发明优选饰品石具有平-凸或平-凸/凹的几何形状，因为允许最经济地应用晶体太阳能电池。特别优选具有凸的、特别是平-凸的几何形状的饰品石。
玻璃
本发明就玻璃组成而言原则上是不限制的，只要是透明的(见上)。玻璃被理解为冻结的过冷液体，其构成非晶形固体。根据本发明既可以使用氧化玻璃也可以使用硫属化合物玻璃金属玻璃或非金属玻璃。氧氮玻璃也可以是适宜的。可涉及单组分玻璃(例如石英玻璃)或双组份玻璃(例如碱金属硼酸盐玻璃)或多组分玻璃(钠钙玻璃)。所述玻璃可通过熔融、通过溶胶-凝胶-工艺或还可以通过冲击波制备。所述方法是技术人员已知的。根据本发明优选的是无机玻璃，特别是氧化玻璃。硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃或磷酸盐玻璃属于此类。特别优选的是无铅玻璃。
硅酸盐玻璃优选被用于制造所述刻面透明饰品石。硅酸盐玻璃具有共同的主要由二氧化硅(SiO2)构成的网络。通过添加其它氧化物例如氧化铝或不同的碱金属氧化物产生铝-或碱金属-硅酸盐玻璃。如果作为玻璃的主要网络形成剂出现的是五氧化磷或三氧化硼，被称之为磷酸玻璃或硼酸玻璃，其特性同样可通过添加其它氧化物被调节。这种玻璃在本发明的意图中也可被施用。所述玻璃最主要的部分由氧化物组成，因此它们被总称为氧化玻璃。
在根据本发明优选的实施形式中，玻璃组成包含以下组分：
(a)约35至约85重量％的SiO2；
(b)0至约20重量％的K2O；
(c)0至约20重量％的Na2O；
(d)0至约5重量％的Li2O；
(e)0至约13重量％的ZnO；
(f)0至约11重量％的CaO；
(g)0至约7重量％的MgO；
(h)0至约10重量％的BaO；
(i)0至约4重量％的Al2O3；
(j)0至约5重量％的ZrO2；
(k)0至约6重量％的B2O3；
(l)0至约3重量％的F；
(m)0至约2.5重量％的Cl。
所有含量在此理解为，其由任选的其它组分补齐至100重量％。所述饰品石的刻面通常通过技术人员长久已知的削磨和抛光技术获得。
根据本发明适宜的是例如无铅玻璃，特别是施华洛世奇公司用于平背棋盘(Chessboard Flat Backs)使用的玻璃(目录号2493)，其在380-1200nm的范围内具有>95％的透射率。
塑料
作为用于制造刻面透明饰品石(a)的其它原材料可以使用透明塑料。根据本发明适宜的是所有在单体硬化后透明的塑料；这是技术人员长久已知的。在此尤其使用以下材料：
·丙烯酸玻璃(聚甲基甲基丙烯酸酯，PMMA)，
·聚碳酸酯(PC)，
·聚氯乙烯(PVC),
·聚苯乙烯(PS),
·聚苯醚(PPO),
·聚乙烯(PE),
·聚(n-甲基甲基丙烯酰亚胺)(PMMI)。
透明塑料相对于玻璃的优点在于特别是极小的比重，仅大约为玻璃的一半。还有其它材料特性是可靶向调节的。此外塑料通常比玻璃易于处理。相对于玻璃的缺点是极小的弹性模量和极小的表面硬度以及在温度约70℃以上大幅下降的坚固度。根据本发明优选的塑料是聚(n-甲基甲基丙烯酰亚胺)，其例如由Evonik以名称TT70营销的。依据ISO 13468-2使用D65-标准光测量，TT70具有1.54的折射率和91％的透射度。
几何形状
所述刻面透明饰品石的几何形状设计原则上是不受限制的，并且主要取决于设计方面。所述饰品石优选是正方形、矩形或圆形的。所述刻面透明饰品石优选具有凸的，特别是平-凸的几何形状(对比图1a和1b)。优选所述饰品石在优选凸弧形侧包含多个刻面；优选矩形，特别是正方形刻面，因为这贡献于能量利用率(Energieausbeute)的最佳化。具有凸的且任选还有凹的区域的饰品石几何形状通过全部表面积的扩大而提高光利用率。因为入射光线的特定部分被反射或被吸收，透明导电层和波长选择性层(见下)对光利用率具有负面作用，该损失通过具有凸的和任选凹的弧形区域的特别几何形状与刻面的组合被弥补。特别是饰品石的凸的几何形状贡献于太阳能电池的能量利用率对角度依赖性的显著降低。恰恰可携带电子器件几乎不可能对准光源，角度依赖性的降低具有非常重要的意义。通过凸面与刻面的组合，光电元件表面上的光线被束集并且能量利用率被显著提高。同时相比于常规用于封装太阳能电池所使用的薄板，角度依赖性被显著降低。通过凸弧形和刻面和由此产生附加的面积，使得落到所述饰品元件上的光线向太阳能电池上的垂直方向折射。通过刻面导致光线的多重反射(光阱)并由此提高光利用率。
在根据本发明的优选实施形式中，凸的区域的表面部分占饰品石的刻面总表面积的最多三分之一。在这种情况下，凸-凹几何形状的光利用率相似于只是凸的几何形状。这可以模拟显示(见下)。
刻面的类型紧密关联于所述光学元件的几何形状。原则上所述刻面的几何形状是不受限制的。根据本发明优选正方形或矩形刻面，特别是与具有平凸几何形状的正方形或矩形维度的透明饰品石相组合。同样还可以使用圆形的刻面饰品石。
传感装置
通过触敏式电路，例如在触摸屏中所使用的，借助手指或导电输入笔以有效的方式功能控制电子器件是可能的。根据本发明优选具有电子传感器的电路包含电容传感器。作为触敏式电路，所谓的电容式传感装置是适宜的。电容式传感装置涉及具有电容器和输入界面的电子构件。所述输入界面在饰品元件的情况下是具有导电层的饰品石。通过用手指或导电输入笔的触摸，所述电容器改变其电容。该变化被电子感应并借助其它电子控制单元进一步处理。所述电容式和进一步处理用的电子控制单元被称为评价传感装置。
输入界面与传感装置的接触优选通过导电连接来建立。这具有优点，即不发生对功能控制的妨碍。在本发明的意图中，导电连接例如通过弹簧销钉(Federkontaktstift)是可能的。通过在导电层上的弹簧压力，所述弹簧销钉建立起导电连接。可替代地还可以使用用于接触的导电的饰品石托座。饰品石托座的导电部分用于例如固定饰品石。导电层与饰品石托座的导电部分的连接建立起所述接触。
对此可替代的，适合用作为导电连接的例如是导电的粘合剂，例如3M公司的3MTM5303R-25μ/5303R-50μ，一种导电的粘合薄膜，例如3M公司的各向异性导电膜(Anisotropic Conductive Film)7379或导电的弹性体，例如Fuji Polymer IndustriesCo.LTD公司的SilverConnector。所述导电连接还可以通过电线连接来建立。导电连接的可能方式是技术人员长久已知的。
推式和滑动输入：
以不同的方式借助透明导电层功能控制评价传感装置是可能的。一种实施形式是推式输入。在推式输入的情况下，通过用手指或导电输入笔(8)触摸导电层引发评价传感装置的功能，例如电子器件的开启或关闭(图2a)。对于推式输入不需要将透明饰品石的全部表面用透明导电层涂覆。所述透明导电层还可以仅在弧形经刻面的表面的分区中涂覆。
如果透明导电层被例如涂覆到弧形经刻面的饰品石表面的至少两个分开的部分区域上(在图2b和2c中的虚线矩形)并且如果所述分开的部分区域起到不同的功能，则透明导电层的所述分区与评价传感装置之间的导电接触是必需的(图1a和1b)。一个分区可例如用于电子器件的开启和关闭，另一个分区例如用于运作模式的切换。经此其提供功能控制的许多可能性。因为饰品元件经常被装入托座中，所述导电连接可例如通过托座进行(见上)。
所述滑动输入是功能控制的另一种可能。在这种输入方式中需要将透明导电层涂覆到弧形经刻面的表面的至少两个分开的部分区域上(图2b中的虚线矩形5.1和5.2以及图2c中的5.3、5.4、5.5和5.6)。通过用手指或导电输入笔(图2a、2b和2c中的8)，预定的连续触摸所述分开的部分区域进行功能控制。手指或导电输入笔以箭头方向(图2b和2c中的9和10)移动。这种舒适的输入方式还已知于智能手机。
在推式和滑动输入中因此对于舒适的功能控制，在至少两个分开的部分区域中的导电层是具有优点的，优选因此将透明导电层涂覆到弧形经刻面的饰品石表面的至少两个分开的部分区域上。如果在饰品石元件中将推式和滑动输入组合，提供了其它功能控制的可能，例如空间分开的部分区域5.3、5.4、5.6的滑动输入与区域5.5的推式输入(图2c)。对于推式和滑动输入还可以将多个饰品元件彼此连接，从而例如顺序触摸不同的饰品元件引发一项功能。
表现出推式和/或滑动输入的根据本发明的饰品元件，可以例如在臂环带、环、项链、饰针、包袋、耳机或活动示踪器中使用。所述饰品件，例如臂环带、环、项链或饰针可自身包含电子器件。该电子器件具有例如可切换功能，例如光效，或者用作为用于例如智能手机、耳机或活动示踪器的遥控。在智能手机中例如功能控制是可能的，在来电情况下通过触摸饰品元件接听或拒绝，在耳机中可考虑音响强度调节并在活动示踪器的情况下在运作模式之间切换。所述应用范围和功能控制可能性仅是示范性说明，许多可控制的功能是可实现的。
透明导电层
所述透明导电层在与评价传感装置的连接中允许功能控制电子器件。根据本发明优选将其涂覆到弧形经刻面的饰品石表面上，以便能够用手指和导电输入笔轻触摸。所述构导电层的透射特性既可影响到太阳能电池的璀璨外观也可影响到太阳能电池的效果。因此优选所述透明导电层在380-1200nm的范围内透明，特别优选在380-850nm的范围内。根据本发明优选所述透明导电层具有至少60％，特别优选至少70％和完全特别优选至少80％的透明度(见上)。
金属层因其导电性适用作为导电层。其通过适宜的涂层方法，例如溅射(见下)，沉积到饰品石上。金属，例如Cr、Ti、Zr、V、Mo、Ta和W对此是适宜的。作为导电层，金属如Al、Cu或Ag因其低的化学稳定性不是有利的。具有导电性能的化合物同样可使用作为导电层，特别是化学氮化物，例如TiN、TiAlN或CrN。所述层的透明度可通过所涂覆的层的厚度和层的数目改变。所述金属层和导电化合物是技术人员长久已知的。
透明、导电的氧化物层同样可用作为透明导电层。它们是技术人员熟知的。透明、导电的氧化物层具有良好的机械耐磨性、良好的化学稳定性和良好的热稳定性。它们包括半导体氧化物。半导体氧化物通过适宜的n-搀杂获得金属导电性。透明、导电的氧化物层是例如在平面显示屏或薄层太阳能电池中用于透明电极的重要组分。
氧化铟锡是技术上最易获取的透明导电氧化物层。其是由约90％的In2O3与约10％的SnO2构成的商购可得的混合氧化物。氧化铟锡具有非常良好的透射性能，非常良好的机械耐磨性以及非常良好的化学稳定性。优选涂覆具有至少4nm层厚的氧化铟锡以获得导电性。
铝搀杂的氧化锌作为透明、导电的氧化物层具有良好的透射性能和良好的机械耐磨性。其例如大规模用于太阳能工业领域。其它适宜的透明、导电的氧化物层有搀杂的氧化锌，如氧化锌镓或氧化锌钛，搀杂的氧化锡，如氧化氟锡、氧化锑锡或氧化锡钽，或搀杂的氧化钛铌。
根据本发明，所述导电层优选包含至少一种组分，其由以下形成：Cr、Ti、Zr、氧化铟锡、铝搀杂的氧化锌、氧化锌镓、氧化锌钛、氧化氟锡、氧化锑锡或氧化锡钽或氧化钛铌，或这些组分以任意层顺序的任意组合。特别优选的是仅涂覆氧化铟锡作为导电层。
用于制备透明导电层的方法是技术人员长久已知的。对此尤其考虑PVD(物理气相沉积)和CVD(化学气相沉积)法。根据本发明优选的是PVD法。
PVD法涉及技术人员长久已知的一类基于真空的涂层方法或薄层技术，并且特别是在光学和饰品工业中用于涂覆玻璃和塑料。在PVD工艺中，将涂层材料转化成气相。所述气态材料随即被导向待涂层的基材，在基材上凝集并形成目标层。几种PVD法(磁控溅射、激光束蒸发、热气相沉积等)可实现非常低的工艺温度。许多涂层材料可以这种方式以非常纯净的形式沉积为薄层。如果在反应气体如氧气的存在下进行所述工艺，还沉积出例如金属氧化物。根据本发明优选的方法是借助溅射的涂层工艺，例如用Evatec公司的设备Radiance。分别根据对功能和光学外观的要求，典型的层系统可由仅仅一个、但也可以由许多层组成。
对于在弧形经刻面的表面上制造透明导电层的分开的部分区域(见上)，将饰品石用遮蔽物遮蔽。所述遮蔽使在其上沉积透明导电层的弧形经刻面的表面的分区开放。作为遮蔽适宜的是由塑料或金属形成的遮蔽。用于在弧形经刻面的表面上制备透明导电层的分开的部分区域的可替代可能性是借助激光在分区中层的分隔，例如Nd:YAG激光或超短脉冲激光。激光的使用允许非常准确地制备分开的部分区域。透明导电层的分隔还可以通过蚀刻进行。在蚀刻中例如借助光刻胶在透明导电层上涂覆遮蔽物。通过蚀刻制备透明导电层的希望空间分隔的部分区域。所述光刻胶随即例如经湿化学去除。该方法是技术人员长久已知的。
波长选择性层
波长选择性层允许饰品元件具有火彩。波长选择层优选置于包含凸的弧形区域的透明刻面饰品石与光电元件之间。其根据本发明优选以两种不同的方式实现：通过波长选择性薄膜或通过由PVD、CVD或湿化学法制备的波长选择性涂层。波长选择性层同样可以通过微结构化的表面获得。用于微结构化的方法是技术人员熟知的。
通过可见光谱的经定义区域(＝过滤区)的反射，光学元件获得火彩并以特定的颜色向观察者呈现。通过饰品石的刻面化，额外地支持了火彩。在本发明优选的实施形式中，波长选择性层反射在380-850nm范围(即在主要的可见范围)内的光部分，即在主要的可见光区域。被反射的光部分在此处于可见光谱的尽可能窄的区域，典型地不超过50-250nm宽的间距。一方面这部分光足以使装饰性元件就其火彩被认作为饰品石。另一方面使反射的波长范围导致的能量利用率方面的损失最小化。根据本发明因此优选所述波长选择性层在380-850nm范围内的50-250nm宽的反射间距内反射至少50％的入射光线。优选反射间距50-200nm宽，特别优选50-150nm。在另一个优选的实施形式中，所述波长选择性层在反射间距外在400-1200nm的波长范围内具有>60％、优选>80％平均透射率，在光线入射角度为0°的情况下测量。优选所述波长选择性层在与刻面侧相对立的饰品石侧上涂覆；可替代的，其还可以直接涂覆到光电元件上。
光电池(太阳能电池)可仅仅利用太阳光谱的一部分。波长选择性层起到过滤器的作用，优选额外反射位于IR区域且不能再被光电池利用的光谱部分并由此阻止太阳能电池的额外加热。
通常，每摄氏度℃加热使得太阳能电池损失0.47％的能量利用率，从而涂层的增强选择具有重要意义。越短的入射波长，光子能量越高(E＝h·ν[eV])。在硅太阳能电池的情况下，需要1.1eV的能量冲击p/n结(p/n)的电子空穴对；过剩的能量转化为热量。吐过例如具有3.1eV的光子相应于在400nm的能量进入所述电池，则2eV转化成热能并导致能量利用率的降低。因此，根据本发明特别有利的是反射短波蓝光或绿光部分(波长：380-490nm)，因为在此产生最多的热。原则上，通过波长选择性层允许产生具有最为不同颜色的饰品元件。为了最佳化能量利用率，然而优选所述波长选择性层反射可见光谱的短波区域部分。
所述波长选择性层表现出取决于角度的反射。反射区间分别根据在刻面上光的入射角度发生推移。取决于刻面的位置反射不同的颜色部分并产生近似色彩斑斓的效果，即从刻面到刻面的逐渐的颜色改变，这是用无刻面的平-凸透镜无法实现的。
所述波长选择性层优选对于UV光是至少部分透射的，以便允许用UV硬化的粘合剂粘贴饰品元件的各组件。
波长选择性薄膜
波长选择性薄膜以术语辐射光膜(Radiant Light Film)商购可得。在此涉及可施加到其它材料上的多层聚合物膜。所述光膜是布拉格镜且反射可见光的大部分并产生火彩的颜色效果。在数百纳米范围内浮雕样的微结构反射光的不同波长并导致干扰的呈现，就此分别根据视角变化颜色。
根据本发明特别优选的薄膜由多层聚合物膜构成，其外层是聚酯。这种膜例如由3M公司以名称Radiant Color Film CM 500和CM 590营销。所述膜具有590-740或500-700nm的反射区间。
所述波长选择性薄膜优选借助粘合剂与光电池和刻面透明饰品石结合。所述粘合剂同样应该是透明的。在优选的实施形式中，粘合剂的折射率小于±20％地偏离具有凸的几何形状的刻面透明体的折射率。在特别优选的实施形式中，所述偏离<10％，完全特别优选<5％。仅以这种方式确保，能够最小化由于不同折射率造成的反射损失。所述折射率还可以通过各界面层(Grenzschichten)的打毛而相互匹配(蛾眼效应)。所谓蛾眼表面由细孔结构组成，其不是突然改变光的折射行为而是完美地连续改变。经此不同折射数值之间的明确边界被去除，从而几乎流畅地进行过渡并且光可无阻碍地穿过。对此需要的结构大小必须小于300nm。通过蛾眼效应确保界面层上的反射最小化，并且由此在透射界面层时实现更高的光利用率。
可借助UV硬化的粘合剂是根据本发明所优选的。对于技术人员不论UV硬化的粘合剂还是测定折射率的方法都是熟知的。根据本发明特别优选的是丙烯酸酯粘合剂的使用，特别是经改性的聚氨酯丙烯酸酯粘合剂。这由许多公司经营，例如由Delo以Delo-PB 437标记，是一种可通过320-42nm范围内的UV光硬化的粘合剂。
波长选择性涂层
涂层材料是技术人员熟知的。在本发明优选的实施形式中，所述波长选择性涂层包含至少一种金属和/或金属化合物，例如金属氧化物、金属氮化物、金属氟化物、金属碳化物或以任意顺序这些化合物的任意组合，其借助常规的涂层方法涂覆到刻面饰品石上。也可以涂覆不同金属或金属化合物的叠加层。用于制备涂层的方法以及涂层本身是技术人员长久已知的。对此尤其考虑根据现有技术的PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、涂漆以及湿化学方法。根据本发明优选PVD法(见上)。
作为涂层材料，根据本发明特别适宜的是：Cr，Cr2O3，Ni，NiCr，Fe，Fe2O3，Al，Al2O3，Au，SiOx，Mn，Si，Si3N4，TiOx，Cu，Ag，Ti，CeF3，MgF2，Nb2O5，Ta2O5，SnO2，ZnO2，MgO，CeO2，WO3，Pr2O3，Y2O3；BaF2，CaF2，LaF3，NdF3，YF3；ZrO2，HfO2，ZnS，Al、Si的氧氮化物，以及SnZnO。
如果所述波长选择性涂层是导电的，例如在金属涂层如Cr、Ni、Fe、Al、Au、Mn、Si、Cu或Ag的情况下，在导电层与导电的波长选择性涂层的直接连接下可导致干扰性电流。所述干扰性电流是错误电流，其可通过导电层与导电的波长选择性涂层的连接出现。所述错误电流例如在滑动输入的情况下是可能的。在推式输入的情况下，当导电层分区引发不同功能(见上)，则是可能的。如果导电层与导电的波长选择性涂层连接，因此优选导电的波长选择性涂层是电隔离的，通过将导电的波长选择性涂层分布在分区中。用于制造导电的波长选择性涂层的分区的方法是技术人员长久已知的(见上)。
为了获得波长选择性涂层，可例如使用吸收性材料，其由于其吸收行为波长选择性地仅透射或反射可见光的特定部分并由此是有颜色的。根据本发明优选适宜的层体系是有绝缘材料构造的并由于呈现干扰仅透射或反射可见光的特定部分并经此产生颜色，例如TiO2和SiO2的多重顺序。根据本发明特别优选波长选择性涂层由更替顺序的TiO2和SiO2以12层组成，且层厚在约20-145nm之间变化。根据本发明优选的是具有边缘位置(Kantenlagen)380和480nm的所谓带阻滤波器，即在380-480nm的范围内反射光的最大部分(＝反射间距)。用于制造其它边位的带阻滤波器，改变层数和层厚。用于制造PVD层，有许多商购可得的机器可供使用，例如Evatec公司的BAK1101型。
光电元件
光电元件(太阳能电池)是转化短波辐射能量(原则上是太阳光)直接为电能的电子构件。可使用何种太阳能电池，取决于所需要的供电以及特定应用目的。出于根据本发明的应用目的，特别适宜的是无机太阳能电池。其由半导体材料，最常见地由硅制造。此外，还尤其有碲化镉、二硒化铜铟镓和砷化镓的应用。在所谓的串联太阳能电池的情况下，使用不同半导体的层，例如砷化铟镓与磷化铟镓的组合。
除了材料，太阳能电池的构件方式是重要的。例如使用材料组合的叠加技术(Stapeltechniken)，以提高整体排列的效率。如此选自材料，即最大化充分利用入射的太阳光谱。虽然理论可达到的效率为约43％，现实中标准太阳能电池仅实现约15至20％。损失通过电荷载体的重组和伴随的发热，通过反射以及因系列电阻(Serienwiderstand)而产生。在最大功率下的电压(最大电源插座，功率匹配)，在最常见的电池的情况下(晶体硅电池)约为0.5V。
太阳能电池的结构在近年来被优化了，从而吸收尽可能多的光并在活性层中产生自由的电荷载体。为此将减反层涂覆到太阳能电池的上侧，而背侧镜面化。所述减反层用于典型的蓝色至黑色的太阳能电池。所述减反层通常由氮化硅、二氧化硅和二氧化钛制备。通过减反层的层厚也决定了颜色(干扰色)。均匀的层厚是重要的，因为纳米级的变化就已经会提高反射度。在光的红光部分(硅的优选吸收波长)上减反层的调节产生了蓝光反射。氮化硅和二氧化硅作为减反层材料还起到作为钝化层的作用，其减少表面上电荷载体的重组，从而为电流产生提供更多的电荷载体。如果将正面触摸指(Kontaktfinger)置于太阳能电池的背侧，则实现进一步的效率提高。经此避免了导致较小活性区域和因此较小光利用率的正面上的阴影，因为直至10％的表面被金属接触体覆盖。此外，背侧触摸指相比正面触摸指是较轻的且电接触损失较少的。根据本发明优选背侧接触的太阳能电池。这种所谓的IBC电池(Interdigitated Back Contact)例如由SunPower公司市售。根据本发明特别适宜的是单晶硅太阳能电池和氮化硅减反层；优选所述太阳能电池具有>20％的效率。根据本发明特别适宜的是单晶硅构成的C60太阳能电池，其通过约22.5％的效率出众。氮化硅(Si3N4)减反层典型地具有折射率为1.9-2.5。尤其是背侧接触、背侧镜面化、二氧化硅钝化层以及n-搀杂的硅的使用贡献于太阳能电池的效率提升。
太阳能电池和根据本发明的饰品元件的根据本发明可使用的大小/面积取决于应用和光照强度。1cm2的面积且电池效率约为20％，直接在阳光中100mW/cm2的光照强度下，一小时理论收集直至20mWh的能量。在实践中，该值由于透明导电层的吸收损失、波长选择性层的反射损失、蓄电池充电时的电损失，以及事实上约100mW/cm2或1000W/m2的平均光照强度在中部欧洲不能经常达到，大约较低地降落。基于在市场可得活动示踪器，其具有平均约3mWh/天的用电量，1cm2面积的太阳能电池每周一小时直接在阳光中的光照时间足以。由于IBC-太阳能电池的良好性能，即使在非最佳化的光照条件下室内使用也是足够应对可携带式电子器件的用电。相比于室外的直射阳光，室内的光照强度小100-200倍。开始所述的用于监控身体功能的传感器表现出约1至5mWh/天的平均用电。即使在此通过根据本发明的饰品元件供电也是可能的，例如通过所述饰品元件的装配或在饰品设计中多个这种元件。
在本发明的优选实施形式中，设计有具有电接触的光电元件，从而将产生的电荷载体以电流的形式导出。在此将太阳能电池的背侧电接触经电路板接触并一并导向一个正接触和一个负接触。
本发明随后依据实施例和附图进一步阐明而非受限于此。所述附图展示以下主题：
图1：饰品元件的构造。
图1a：在饰品石分区中的导电层和与刻面相对的平面侧上的波长选择性涂层。
图1b：在饰品石分区中的导电层和在太阳能电池上的波长选择性涂层。
图2：饰品元件的功能控制
图2a：饰品元件和借助于通过手指或输入比的输入的功能控制。
图2b：具有用于推式或滑动输入的两个分开的透明导电层分区的饰品元件。
图2c：具有用于推式或滑动输入的四个分开的透明导电层分区的饰品元件。
工业实用性
本发明的其它主题涉及根据本发明的所述饰品元件用于供电和功能控制的用途，特别是可穿戴的电子器件，以及包含至少一个根据本发明的饰品元件的物体，特别是饰品部件如环、链条、臂环带等。
实施例
初步试验已经是申请号为14191386的欧洲专利申请的主题，其应当是本申请公开的一部分。
材料
研究了鉴于材料和几何选自不同的各种饰品元件。所述饰品元件由太阳能电池和光学元件构成。根据本发明的实施例附加地设计有波长选择性层。
太阳能电池：使用Sunpower C60型(10mm x 10mm)太阳能电池。
饰品石：玻璃光学元件通过技术人员已知的方法由商购可得的D.Swarovski公司的平背棋盘(Chessboard Flat Back)2493-元件(30mm x 30mm)制得。
TT70光学元件借助注塑成型工艺在为此预制的模具中制备。为此使用Engel公司的e-victory 80/50型注模机；塑化机筒温度(Temperatur Massezylinder)：210℃上升到280℃，喷嘴280℃；模具温度：180°喷嘴侧，140°喷射器侧(AS)；注射压限度：1200巴；注射速率：约15cm3/s；压花压力：约800巴；无溶剂。
几何形状：根据V2-V5的光学元件是具有12mm棱长和具有轻度圆角的正方形底的刻面体。在底面上有45°角度的倾斜，以致实际留存的底面积为10mm x 10mm。经刻面的上部以25个刻面正方形排列形成球部分。该物体的总高度为5.56mm，在棱角出的高度为1.93mm。
根据本发明的实施例
用太阳能电池、光学元件、波长选择性层、透明导电层和评价传感装置制备根据本发明的实施例。
太阳能电池：太阳能电池是C60型的。所述C60被缩小到29.3mm x 29.3mm的尺寸。缩小的方法是技术人员长久已知的。
饰品石：作为玻璃光学元件使用D.Swarovski KG公司的非镜面的平背棋盘(Chessboard Flat Back)2493(30mm x 30mm)。
几何图形：所述玻璃光学元件是具有30mm棱长和具有轻度圆角的正方形底面的刻面体。经刻面的上部区域包括凸弧形区域。所述刻面体的总高度约为8mm，在棱角处的高度约为2.7mm。
波长选择性层：在Evatec公司的PVD-设备BAK1101中，在玻璃光学元件上在与刻面相对的与平面侧上涂覆波长选择性涂层。该层构造相应于表1中所描述的构造。在涂层期间，不被涂层的经刻面的表面区域被遮蔽。
表1
波长选择性涂层的层构造
N 材料 物理层厚[nm]
1 TiO<sub>2</sub> 23.9
2 SiO<sub>2</sub> 43.2
3 TiO<sub>2</sub> 64.8
4 SiO<sub>2</sub> 28.7
5 TiO<sub>2</sub> 61.5
6 SiO<sub>2</sub> 33.7
7 TiO<sub>2</sub> 57.7
8 SiO<sub>2</sub> 37.5
9 TiO<sub>2</sub> 66.1
10 SiO<sub>2</sub> 30.5
11 TiO<sub>2</sub> 42.6
12 SiO<sub>2</sub> 141.4
透明导电层：在弧形饰品石的刻面表面上涂覆氧化铟锡作为透明导电层。涂层工艺借助溅射用FHR公司的PVD设备FHRline400进行。不涂层的平面侧被遮蔽。
为了改善电学和化学性能和机械耐磨性，将所述光学元件首先在设备FHRline400中经离子蚀刻处理。之后将该样品在同一设备FHRline400中于大约550℃加热约30分钟。随即在同一设备FHRline400中用氧化铟锡进行光学元件的涂层，其中所述混合氧化物具有约90％的In2O3至约10％的SnO2的商购常规比例。压强为约3.3x10-3毫巴，且放电功率为约1kW。取决于表面几何形状，层厚从约140nm至约190nm变化。所述涂层工艺在保护气体氩气和5sccm O2的使用下进行。其后所述经涂层的光学元件在同一设备FHRline400中于约550℃加热约20分钟。
评价传感装置和饰品元件的构造：所述经涂层的玻璃光学元件在与刻面相对的平面上借助商购常规的UV硬化的透明粘合剂与太阳能电池粘合。背侧设计有电接触的太阳能电池与电路板Kingboard KB-6160FR-4Y KB 1.55并一并导向一个正接触和一个负接触。紧随波长选择性涂层用透明导电层涂覆侧刻面借助Z-Axis公司的导电橡胶Z-Wrap与电路板导电性连接。通过所述电路板的背侧，借助导电路径(Leiterbahn)与Azoteq(Pty)Ltd公司的触摸控制器IQS228AS建立电连接。所述触摸控制器与电路板焊接。多极电缆与所述电路板背侧相连接，以便通过导电路径连接为触摸控制器IQS228AS供电，通过另一个导电路径连接触摸控制器IQS228AS的电流和通过附加的导电路径连接太阳能电池的电流可以进一步被传导。所述构造用聚碳酸酯塑料外壳包裹。所述多极电缆通过外壳中的开孔从外壳中导出。

Claims (15)

1.饰品元件，其含有
(a)具有包含凸的弧形区域的表面刻面的透明饰品石，
(b)涂覆到包含凸的弧形区域的经刻面的表面上的透明导电层，
(c)波长选择性层，其涂覆到
(c1)与刻面弧形表面相对立的平面侧上或
(c2)光电池(d)上；
(d)光电池和
(e)触敏式电路。
2.根据权利要求1的饰品元件，其特征在于，所述饰品石(a)由玻璃或由塑料制得。
3.根据权利要求1的饰品元件，其特征在于，所述饰品石(a)具有平-凸几何形状或平-凸-凹几何形状。
4.根据权利要求1至3至少一项的饰品元件，其特征在于，所述透明导电层(b)包含至少一种组分，其由以下形成：Cr、Ti、Zr、氧化铟锡、铝搀杂的氧化锌、氧化锌镓、氧化锌钛、氧化氟锡、氧化锑锡或氧化锡钽或氧化钛铌，或这些组分以任意层顺序的任意组合。
5.根据权利要求1至4至少一项的饰品元件，其特征在于，所述透明导电层(b)被涂覆到弧形刻面表面的至少两个分开的部分区域。
6.根据权利要求1至5至少一项的饰品元件，其特征在于，所述透明导电层在380-1200nm的范围内是透明的。
7.根据权利要求1至6至少一项的饰品元件，其特征在于，所述透明导电层(b)具有至少60％的透射率。
8.根据权利要求1至7至少一项的饰品元件，其特征在于，所述波长选择性层(c)选自波长选择性涂层或波长选择性膜。
9.根据权利要求8的饰品元件，其特征在于，所述波长选择性涂层包含至少一种金属和/或金属化合物。
10.根据权利要求1至9至少一项的饰品元件，其特征在于，波长选择性层(c)反射在380-850nm的范围内的光部分。
11.根据权利要求10的饰品元件，其特征在于，所述波长选择性层(c)在反射间距外在400-1200nm的范围内具有>80％的平均透射率，在光线入射角为0°的情况下测量。
12.根据权利要求1至11至少一项的饰品元件，其特征在于，所述波长选择性涂层包含选自下组的至少一种化合物：Cr，Cr2O3，Ni，NiCr，Fe，Fe2O3，Al，Al2O3，Au，SiOx，Mn，Si，Si3N4，TiOx，Cu，Ag，Ti，CeF3，MgF2，Nb2O5，Ta2O5，SnO2，ZnO2，MgO，CeO2，WO3，Pr2O3，Y2O3；BaF2，CaF2，LaF3，NdF3，YF3；ZrO2，HfO2，ZnS，Al、Si的氧氮化物，和SnZnO或这些化合物以任意层顺序的任意组合。
13.根据权利要求1至12至少一项的饰品元件，其特征在于，所述光电池(d)是背侧接触的太阳能电池。
14.根据权利要求1至13至少一项的饰品元件，其特征在于，所述电子传感器(e)包含电容传感器。
15.根据权利要求1至14至少一项的饰品元件用于电子器件的功能控制和供电的用途。
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