DE69434943T2

DE69434943T2 - Solarzellenanordnung und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69434943T2
Application number: DE69434943T
Authority: DE
Inventors: Takanori Citizen Watch Co. NANYA; Yasushi Citizen Watch Co. MURATA
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2014-11-05
Also published as: EP0727823B1; EP0727823A1; HK1003212A1; JP3670282B2; CN1254190A; DE69434943D1; CN1076125C; CN1134760A; EP0727823A4; WO1995012897A1; US5782995A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Solarbatterievorrichtung, welche Licht als eine Energiequelle verwendet, und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Solarzellen, die durch die Verarbeitung von EinkristallSilizium, polykristallinem Silizium oder amorphem Silizium hergestellt werden, wurden als Energiequellen zum Betreiben verschiedener Geräte einschließlich Armbanduhren, Tischrechnern und Radios verwendet.
Wenn Solarbatterien in Geräte eingebaut werden, müssen herkömmliche Solarbatterien so eingesetzt werden, dass sie den Blicken ausgesetzt sind, so dass die von außen sichtbare Farbe der Solarbatterien eine nachteilige Wirkung auf das Design der Geräte hatte. Wenn die Verwendung von Solarbatterien Einschränkungen speziell des Designs von dekorativen Geräten, wie z.B. Armbanduhren, auferlegt, wird der Wert des Produktes stark durch die Verwendung von Solarbatterien beeinträchtigt. Folglich wurden Verbesserungen bei Solarbatterien sehnlichst gewünscht.
Methoden, welche vorgeschlagen wurden, um solch einer Nachfrage für eine Verbesserung zu begegnen, werden in JP-A Nr. 5-29641 vorgeschlagen, wobei ein Farbfilter oder eine farbige Schicht, die lediglich Licht von Wellenlängen in einem spezi ellen Wellenlängenbereich durchlassen, vor eine Solarbatterie gesetzt werden zum Verbergen der Solarbatterie.
Ein vor eine Solarbatterie gesetztes Farbfilter absorbiert jedoch einfallende Strahlungsenergie, wodurch die Menge an Strahlungsenergie, die die Solarbatterie erreicht, verringert wird. Folglich ist es sehr schwierig, die Solarbatterie vor Blicken zu verbergen, solange eine hinreichende Strahlungsenergie der Solarbatterie zugeführt wird, die notwendig für die Leistungserzeugung ist.
Wenn die in JP-A Nr. 5-29641 vorgeschlagene farbige Schicht verwendet wird, ist es möglich, die Solarbatterie vor Blicken zu verbergen, während der Solarbatterie eine hinreichende Strahlungsenergie zugeführt wird. Das ästhetische Erscheinungsbild eines Produktes, welches die farbige Schicht verwendet, ist jedoch nicht notwendigerweise zufriedenstellend, da die farbige Schicht eine trübe, schwach reflektierende Farbe aufweist, um dem Verbergen der Solarbatterie den Vorrang zu geben, und daher die farbige Schicht dem Design des Produktes Beschränkungen auferlegt.
Aus JP 60 148174 A ist eine Solarzellenvorrichtung bekannt, welche eine Solarzelle, eine selektive reflektierende Schicht, die darauf ausgebildet ist, und eine streuende Übertragungsschicht, die auf der selektiven Schicht ausgebildet ist, enthält.
Aus US 4,293,732 ist ein Solarzellenaufbau bekannt, der einen Hauptteil mit einem fotovoltaischen Übergang, eine darauf ausgebildeten Antireflexbeschichtung, ein Kantenfilter und eine Solarzellenabdeckung enthält.
In JP 02-177573 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Harz, welches körniges anorganisches Material enthält, auf eine Licht erfassende Fläche aufgetragen wird, um ihr ein äußeres Erscheinungsbild ähnlich einer geschliffenen glasartigen Struktur zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt angesichts solcher technischer Gegebenheiten und es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Solarbatterie vor der Sicht zu verbergen, während hinreichende Strahlungsenergie zu der Solarbatterie geliefert wird, zum Ermöglichen der Verwendung einer Vielzahl von Farben und zur Ermöglichung einer Veränderung des Designs der Produkte.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Solarbatterievorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterievorrichtung nach Anspruch 10 und 11.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen spezifiziert.
Im Hinblick auf die voranstehende Aufgabe weist eine erste Solarbatterievorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine abschirmende Schicht auf, die so angeordnet ist, dass sie eine Solarbatterie überlagert zum Streuen von Licht, das von der Solarbatterie reflektiert wird, so dass die Menge des von der Solarbatterie reflektierten Lichts verringert ist, ein optisches Teil, das so angeordnet ist, dass es die abschirmende Schicht überlagert zum alleinigen Durchlassen von Wellenlängen des Lichts in einem optionalen Wellenlängenbereich mit einer vorbestimmten Durchlässigkeit, und eine streuende Schicht, die so angeordnet ist, dass sie das optische Teil überlagert, um das reflektierte Licht, das von dem optischen Teil reflektiert wird, nach außen zu streuen.
Das optische Teil kann beispielsweise aus einer Interferenzfilterschicht bestehen.
Ein optischer Wellenlängenbereich der Durchlässigkeit der Interferenzfilterschicht kann festgelegt werden durch Verwenden eines Materials mit einem größeren Brechungsindex und eines Materials mit einem kleineren Brechungsindex in Kombination und geeignetes Festlegen der Anzahl und optischen Dicken der Teilschichten. Das Wiedergeben von verschiedenartigen Farben unterschiedlicher Helligkeit, Sättigung und unterschiedlichen Farbtons kann verwirklicht werden durch Wählen des Wellenlängenbereichs der Durchlässigkeit in einem sichtbaren Bereich.
Das optische Teil kann eine stark brechende Schicht sein, die aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex ausgebildet ist.
Die stark brechende Schicht zeigt eine Reflexion an der Grenzfläche zwischen der stark brechenden Schicht und einem Medium aufgrund des Unterschiedes im Brechungsindex zwischen der Schicht und dem Medium. Je größer beispielsweise der Brechungsindex der stark brechenden Schicht an der Grenzfläche zwischen der stark brechenden Schicht und Luft ist, desto größer ist die Reflexion. Deshalb vergrößert die stark brechende Schicht die Stärke des reflektierten Lichts, so dass die Helligkeit des reflektierten Lichts vergrößert wird. Wenn deshalb eine im Wesentlichen transparente stark brechende Schicht, die Strahlung im sichtbaren Bereich nicht absorbiert, in Kombination mit einer weißen streuenden Schicht verwendet wird, erscheint die weiße streuende Schicht weiß aufgrund der Refle xion an der Grenzfläche mit einer starken Reflexion und die gesamte einfallende Strahlungsenergie, die nicht an der Grenzfläche reflektiert wird, wird durchgelassen und fällt auf die Solarbatterie, so dass die elektromotorische Ausgabe der Solarbatterie vergrößert werden kann. Da die durch die stark brechende Schicht absorbierte Strahlungsenergie verschwendet wird, ist es wünschenswert, dass die stark brechende Schicht einen geringen Absorptionskoeffizienten hat. Ein wünschenswerter Brechungsindex der stark brechenden Schicht ist 1,6 oder höher.
Das optische Teil kann eine dielektrische mehrlagige Schicht sein, die auf einem transparenten Substrat ausgebildet ist und in der Lage ist, Licht eine Wellenlänge einer hellen Linie in dem sichtbaren Bereich durchzulassen.
Dieser Aufbau ist besonders wirkungsvoll beim Optimieren der spektralen Transmissions- und Reflexionseigenschaften des optischen Teils bezüglich Licht, das durch Fluoreszenzlampen emittiert wird, die allgemein als einen Raum beleuchtende Lichtquellen verwendet werden. Das Emissionsspektrum der Fluoreszenzlampen hat helle Linien bei drei Wellenlängen in dem sichtbaren Bereich. Es ist möglich, eine erhöhte Strahlungsenergie an die Solarzellen zu liefern, die zur Leistungserzeugung beiträgt, indem Licht von zumindest einer der Wellenlängen dieser drei hellen Linien durch das optische Teil durchgelassen wird.
Die streuende Schicht dient zum gleichmäßigen Streuen des reflektierten Lichts, das von dem optischen Teil reflektiert wird. Da das von dem optischen Teil reflektierte Licht gerichtet ist und daher blendet, ist das durchgelassene und reflektierte Licht sichtbar und die Farben des reflektierten Lichtes und des durchgelassenen Lichtes werden vermischt zum Verringern der Reinheit der Farbe, so dass die streuende Schicht verwendet wird. Die streuende Schicht ermöglicht die weiche, nichtgerichtete Wiedergabe des hellen reflektierten Lichts einer optionalen Farbe.
Die streuende Schicht kann ausgebildet werden durch Auftragen eines Materials mit einem farblosen transparenten Plastikmaterial und einem weißen Pulver, einer Licht streuenden Substanz, die in dem farblosen transparenten Plastikmaterial verteilt ist, oder eines Materials, das ein farbloses transparentes Plastikmaterial und transparente Teilchen mit einem Brechungsindex unterschiedlich zu jenem des farblosen transparenten Plastikmaterials enthält.
Die streuende Schicht kann ein farbloses transparentes Teil mit einer aufgerauten Oberfläche sein.
Da die streuende Schicht als Mittel zum Ausbilden einer reflektierten Farbe verwendet wird, ist es wünschenswert, dass die streuende Schicht die größtmögliche Durchlässigkeit aufweist, vorausgesetzt, dass die streuende Schicht in der Lage ist, richtig zu funktionieren. Genauer gesagt ist es wünschenswert, dass die streuende Schicht eine Durchlässigkeit von 80% oder mehr aufweist.
Obwohl das meiste auf die Solarbatterie fallende Licht durch die Solarbatterie absorbiert wird, wird ein Teil des Lichts durch die Umgebung der Solarbatterie nach außen reflektiert, so dass die Solarbatterie erkennbar gemacht wird. Die abschirmende Schicht fängt das von der Umgebung der Solarbatterie reflektierte Licht ab, so dass die unter der abschirmenden Schicht liegende Solarbatterie unsichtbar ist.
Vorzugsweise liegt die Durchlässigkeit der abschirmenden Schicht in dem Bereich von 45 bis 85%.
Die abschirmende Schicht kann so ausgebildet sein, dass die abschirmende Schicht eine anisotrope Lichtdurchlässigkeitseigenschaft aufweist, welche unterschiedliche Durchlässigkeiten für unterschiedliche Richtungen des einfallenden Lichtes zeigt, und die Lichtdurchlässigkeitsfähigkeit derselben beim Durchlassen des einfallenden Lichtes zu der Solarbatterie höher ist als die Lichtdurchlässigkeitsfähigkeit derselben beim Durchlassen des reflektierten Lichtes von der Solarbatterie.
Vorzugsweise liegt die Durchlässigkeit der abschirmenden Schicht beim Durchlassen von außen einfallenden Lichtes in dem Bereich von 60 bis 96%.
Diese abschirmende Schicht kann ausgebildet werden durch Bearbeiten der äußeren Oberfläche einer farblosen transparenten Platte zu einer dreidimensionalen Gestalt.
Dieser Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht das richtige Funktionieren der Solarbatterie und die Verbergung gegenüber Blicken, ermöglicht das Erblicken von mannigfaltigen hellen Farben hervorragender Qualität, vergrößert den Freiheitsgrad des Entwurfs und ist auf eine große Vielzahl von Geräten anwendbar.
Diese Patentanmeldung offenbart Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterievorrichtung in einem ersten bis vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Diese Verfahren werden angewendet zum Herstellen einer Solarbatterievorrichtung, die eine abschirmende Schicht aufweist, welche so angeordnet ist, dass sie über einer Solarbatterie liegt zum Zerstreuen von Licht, das von der Solarbatterie reflektiert wird, so dass die von der Solarbatterie nach außen gehende Lichtmenge verringert ist, ein optisches Teil, das so angeordnet ist, dass es die abschirmende Schicht überlagert zum alleinigen Durchlassen von Lichtwellenlängen in einem optionalen Wellenbereich bei einem vorbestimmten Durchlassvermögen, und eine streuende Schicht, die so angeordnet ist, dass sie das optische Teil überlagert zum Zerstreuen von nach außen gehendem reflektiertem Licht, das von dem optischen Teil reflektiert wird. Diese Verfahren sind gekennzeichnet durch die folgenden Prozesse des Ausbildens der streuenden Schicht und der abschirmenden Schicht.
Das Verfahren der Herstellung einer Solarbatterievorrichtung gemäß des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung bildet die streuende Schicht durch die Schritte des mechanischen Aufrauens einer Oberfläche einer farblosen transparenten Platte in einer unregelmäßig rauen Gestalt und des chemischen Ätzens der Oberfläche aus.
Das Verfahren der Herstellung einer Solarbatterievorrichtung gemäß des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung weist die streuende Schicht auf durch die Schritte des Ausbildens einer Muttermatrize mit einer Oberfläche mit Unregelmäßigkeiten und das Gießen eines transparenten Harzes über die Oberfläche der Muttermatrize oder eine galvanoplastische Form, die mit der Muttermatrize vorgesehen ist zum Ausbilden von Unregelmäßigkeiten auf einer Oberfläche des transparenten Harzes.
Das Verfahren der Herstellung einer Solarbatterievorrichtung gemäß des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung bildet die abschirmende Schicht durch den Schritt des mechanischen Aufrauens einer Oberfläche einer farblosen transparenten Platte in einer unregelmäßig rauen Gestalt aus.
Das Verfahren des Herstellens einer Solarbatterievorrichtung gemäß des vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung bildet die abschirmende Schicht durch die Schritte des Ausbildens einer Muttermatrize mit einer Oberfläche mit Unregelmäßigkeiten und des Gießens eines transparenten Harzes über die Oberfläche der Muttermatrize oder eine galvanoplastische Form, die mit der Muttermatrize vorgesehen ist, zum Ausbilden von Unregelmäßigkeiten auf einer Oberfläche des transparenten Harzes.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine typische Vorderansicht einer Armbanduhr, welche eine Solarbatterie in einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
2 ist eine typische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1, die die Solarbatterievorrichtung und Teile der Armbanduhr zeigt, die auf der Vorderseite der Solarbatterievorrichtung angeordnet sind.
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Durchlässigkeit einer streuenden Schicht, die in der Solarbatterievorrichtung in der ersten Ausführungsform enthalten ist, und der Intensität des reflektierten Lichts zeigt.
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Durchlässigkeit einer streuenden Schicht, die in einer Solarbatterievorrichtung in Vergleichsbeispiel 2 enthalten ist, und der Intensität des reflektierten Lichts zeigt.
5 ist eine typische Schnittansicht, die eine Solarbatterievorrichtung in einer zweiten Ausführungsform zeigt, welche in einer Armbanduhr enthalten ist, sowie Komponenten der Armbanduhr, die auf der Vorderseite der Solarbatterievorrichtung angeordnet sind.
6 ist eine typische Schnittansicht einer Solarbatterievorrichtung bei einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine typische Schnittsansicht, die eine Solarbatterievorrichtung bei einer vierten Ausführungsform zeigt, die in einer Armbanduhr enthalten ist, sowie Komponenten der Armbanduhr, die auf der Vorderseite der Solarbatterievorrichtung angeordnet sind.
8 ist eine typische Schnittansicht einer weißen streuenden Schicht, die bei der vierten Ausführungsform verwendet wird.
9 ist eine typische Schnittansicht, die eine Solarbatterievorrichtung bei einer sechsten Ausführungsform zeigt, welche in einer Armbanduhr enthalten ist, sowie Komponenten der Armbanduhr, welche auf der Vorderseite der Solarbatterievorrichtung angeordnet sind.
10 ist eine typische Schnittansicht einer weißen streuenden Schicht, die bei der sechsten Ausführungsform verwendet wird.
11 ist eine typische Schnittansicht, die eine Solarbatterievorrichtung bei einer neunten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, welche in einer Armbanduhr enthalten ist, sowie Komponenten der Armbanduhr, die auf der Vorderseite der Solarbatterievorrichtung angeordnet sind.
12 ist eine typische Schnittansicht der Oberfläche einer abschirmenden Schicht, die in der Solarbatterievorrichtung von 11 enthalten ist.
13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Prismenwinkel der abschirmenden Schicht von 12 und der Durchlässigkeit zeigt.
14 ist eine typische Schnittansicht einer Solarbatterievorrichtung, bei der eine abschirmende Schicht auf einer Schicht ausgebildet ist, die unterschiedlich zu jener Schicht ist, auf der die abschirmende Schicht der neunten Ausführungsform ausgebildet ist.
15 ist eine typische Schnittansicht, die eine Solarbatterievorrichtung bei einer elften Ausführungsform zeigt, welche in einer Armbanduhr enthalten ist, sowie Komponenten der Armbanduhr, die auf der Vorderseite der Solarbatterievorrichtung angeordnet sind.
16 ist eine typische Schnittansicht eines optischen Teils, das in der Solarbatterievorrichtung bei der elften Ausführungsform enthalten ist.
17 ist ein Diagramm, das die entsprechenden spektralen Durchlässigkeiten des optischen Teils zeigt, das in der elften Ausführungsform enthalten ist, sowie eines herkömmlichen optischen Teils.
18 ist ein Diagramm, das die spektrale Ausstrahlung einer kommerziellen Fluoreszenzlampe zeigt.
19 ist eine typische Schnittansicht eines optischen Teils, das in einer Solarbatterievorrichtung bei einer zwölften Ausführungsform enthalten ist, und
20 ist ein Diagramm, das die entsprechenden spektralen Reflektivitäten der blau, gelblich-grün und rot reflektierenden Teile zeigt.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine typische Vorderansicht einer Armbanduhr, welche eine Solarbatterievorrichtung bei einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, wel che eine Solarbatterie aufweist, die in vier Teile unterteilt ist und auf der Innenseite einer Zifferblattplatte angeordnet ist. 2 ist eine typische Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 1, welche die Solarbatterievorrichtung und Komponenten der Armbanduhr zeigt, die auf der Vorderseite der Solarbatterievorrichtung angeordnet sind.
Ein Glassubstrat 12 wird fest auf der inneren Oberfläche eines Gehäuses 11 gehalten. Eine Solarbatterie 13 ist auf der rückseitigen Oberfläche des Glassubstrates 12 durch Bearbeiten eines amorphen Siliziumfilms ausgebildet, welcher durch einen Plasma-CVD-Prozess ausgebildet ist. Eine abschirmende Schicht 14 ist auf der vorderen Oberfläche des Glassubstrates 12 ausgebildet, um von der Solarbatterie 13 reflektiertes Licht so zu zerstreuen, dass lediglich eine verringerte Menge des reflektierten Lichtes zu der Vorderseite gelangen kann. Eine Interferenzfilterschicht 15, d.h. ein optisches Teil, und eine streuende Schicht 16 sind in dieser Reihenfolge auf der Vorderseite der abschirmenden Schicht 14 ausgebildet. Die streuende Schicht 16 wirkt also als das Zifferblatt der Solar-Armbanduhr.
Die abschirmende Schicht 14 und die streuende Schicht 16 können durch mechanisches Aufrauen einer Oberfläche einer transparenten Platte, wie z.B. einer Glasplatte oder einer Plastikschicht, oder durch Modifizieren der Oberfläche einer Plastikschicht ausgebildet werden. Sowohl die abschirmende Schicht 14 als auch die streuende Schicht 16 können eine Schicht eines Materials sein, das ein weißes Erscheinungsbild aufgrund seiner Molekularstruktur annimmt, wie z.B. Teflon oder Derlin. Sowohl die abschirmende Schicht 14 als auch die streuende Schicht 16 können einen Aufbau aufweisen, der ausgebildet wird durch Beschichten einer transparenten Basis mit einer Schicht einer Mischung aus einem Bindemittel und Calciumcarbonatpulver oder dergleichen oder mit einer transparenten Schicht, welche eine streuende Substanz enthält. Im einfachsten Fall können sowohl die abschirmende Schicht 14 als auch die streuende Schicht 16 ein Papierblatt oder ein Stück Stoff sein.
Die abschirmende Schicht 14 der ersten Ausführungsform wurde ausgebildet durch Bearbeiten der vorderen Oberfläche des 300 μm dicken Glassubstrates 12 durch einen Schleifvorgang unter Verwendung von SiC-Pulver mit 120er Körnung bei einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit Ra in dem Bereich von 1,4 bis 1,6 μm und einer durchschnittlichen Tiefe von ungefähr 7 μm. Die Durchlässigkeit der abschirmenden Schicht 14 war 80%.
Eine Hauptoberfläche einer 300 μm dicken Glasplatte wurde durch einen Schleifvorgang bearbeitet unter Verwendung von 1000 Mesh äquivalentem SiC-Pulver mit 1.000er Körnung bei einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit Ra in dem Bereich von 0,7 bis 0,9 μm und einer durchschnittlichen Tiefe von 2 μm zum Ausbilden der streuenden Schicht 16. Die Durchlässigkeit der streuenden Schicht 16 war 90%.
Die entsprechenden Durchlässigkeiten der abschirmenden Schicht 14 und der streuenden Schicht 16 wurden eingestellt unter Verwendung unterschiedlicher Materialien und unterschiedlicher Schleifbedingungen zum Untersuchen eines möglichen Anwendungsbereichs.
Bei der ersten Ausführungsform wurde die Interferenzfilterschicht 15 aus TiO₂ ausgebildet, welches ein stark brechendes Material (H) mit einem hohen Brechungsindex ist, und aus SiO₂, welches ein wenig brechendes Material (L) mit einem niedrigen Brechungsindex ist. Interferenzfilterschichten 15 mit beispielsweise Kontrollwellenlängen von 550 nm, 435 nm bzw. 640 nm wurden ausgebildet durch geeignetes Stapeln von Schichten des stark brechenden Materials und des wenig brechenden Materials in einem fünflagigen Aufbau. Das reflektierte Licht ist gelb, wenn die Steuerwellenlänge 550 nm ist, blau, wenn die Steuerwellenlänge 435 nm ist, und rot, wenn die Steuerwellenlänge 640 nm ist.
Interferenzfilterschichten 15 mit dem gleichen Farbton und unterschiedlichen Durchlässigkeiten können ausgebildet werden durch Steuern des Reflexionsvermögens in einem Wellenlängenbereich, in dem Licht reflektiert wird, durch selektives Bestimmen der Materialien, der Anzahl der Schichten des geschichteten Aufbaus und der Dicken der Schichten, ganz zu schweigen von der Steuerung des Wellenlängenbereiches der durchzulassenden Lichtwellen.
Die abschirmende Schicht 14, die Interferenzfilterschicht 15 und die streuende Schicht 16 wurden in dieser Reihenfolge eine auf der anderen ausgebildet und die Solarbatterie 13 wurde auf der rückseitigen Oberfläche des Glassubstrates 12 mit der vorderen Oberfläche, in der die abschirmende Schicht 14 ausgebildet war, ausgebildet und die Menge der Strahlungsenergie, die von der Vorderseite auf die Solarbatterie 13 fällt, wurde für die Elektromotorische Ausgabe berechnet und die Wirkung der Abschirmung der Solarbatterie 13 und die Qualität des Erscheinungsbildes wurden bewertet. Die Interferenzfilterschicht 15, welche helles blaues Licht reflektiert, wurde verwendet.
Die Menge der Strahlungsenergie, die auf die Solarbatterie 13 fällt, ist abhängig von der reflektierten Lichtfarbe und die Elektromotorische Ausgabe der Solarbatterie 13 schwankt mit der Menge der Strahlungsenergie, die auf die Solarbatterie 13 fällt. Der Zusammenhang zwischen der Abschirmwirkung beim Abschirmen der Solarbatterie 13 und der Qualität des Erscheinungsbildes war nicht abhängig von der reflektierten Lichtfarbe.
Die Solarbatterievorrichtung wurde bewertet im Vergleich zu einer Solarbatterievorrichtung, welche aus lediglich einer Solarbatterie besteht (herkömmliche Solarbatterievorrichtung), zu einer Solarbatterievorrichtung mit einer Solarbatterie und einem Farbabsorptionsfilter, das auf der Vorderseite der Solarbatterie angeordnet ist (Vergleichsbeispiel 1), und einer Solarbatterievorrichtung des Aufbaus, der in JP-A-Nr. 5-29641 offenbart ist und ein Interferenzfilter als eine Farbschicht verwendet (Vergleichsbeispiel 2).
Wenn die elektromotorische Ausgabe bewertet wurde, wurde eine Leerlaufspannung von 1,3 V oder mehr unter einer normalen Innenraum-Beleuchtungsbedingung (minimale Beleuchtungsstärke: 100 lx) als eine untere Grenze für die Akzeptanz verwendet. Ergebnisse der Bewertung sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Wie anhand von Tabelle 1 offensichtlich ist, wird bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Solarbatterie zufriedenstellend verborgen, während eine Leerlaufspannung in einem wirkungsvollen Bereich der Leerlaufspannung erhalten wird, und das Erscheinungsbild hat eine hervorragende Qualität, wohingegen die übliche Solarbatterievorrichtung und die Vergleichsbeispiele 1 und 2 nicht in der Lage sind, alle Erfordernisse für die Erhöhung der Leerlaufspannung der Solarbatterie, für die Verbergung der Solarbatterie und für die Qualität des Erscheinungsbildes zu erfüllen. All das ermöglicht ein hervorragendes Design ohne dem Erscheinungsbild der Solarbatterie überhaupt irgendeine Beachtung zu zollen.
Die Wirkung des strukturellen Unterschiedes zwischen der ersten Ausführungsform und dem Vergleichsbeispiel 2 auf die Qualität des Erscheinungsbildes wurde untersucht. Die durch die Teilschichten der ersten Ausführungsform hindurchgelassene Menge an Lichtenergie wurde durch ein Beleuchtungsfotometer gemessen zum Untersuchen der Bedingungen, die durch die abschirmende Schicht 14 und die streuende Schicht 16 erfüllt sein müssen.
Die Ergebnisse der Untersuchung zeigten, dass die Menge der Lichtenergie, die der Solarbatterie der ersten Ausführungsform zugeführt wurde, im Wesentlichen gleich der Lichtenergie war, die der Solarbatterie des Vergleichsbeispiels 2 zugeführt wurde, wenn das Produkt der entsprechenden Durchlässigkeiten der abschirmenden Schicht 14 und der streuenden Schicht 16 nahezu gleich der Durchlässigkeit der streuenden Schicht 16 des Vergleichsbeispiels 2 war, vorausgesetzt, dass die erste Ausführungsform und das Vergleichsbeispiel 2 mit Interferenzfilterschichten der gleichen Leistungsfähigkeit versehen waren.
Die Änderung in der Farbe des von der Interferenzfilterschicht reflektierten Lichtes verursachte die Änderung der Menge an Energie, die durch die Interferenzfilterschicht hindurchgelassen wird, in dem Bereich von 40 bis 80% der gesamten einfallenden Energie und die Leerlaufspannung der Solarbatterie und der Abschirmeffekt ändern sich entsprechend.
Deshalb sind die durch die abschirmende Schicht 14 und die streuende Schicht 16 zu erfüllenden Bedingungen abhängig von der Farbe des reflektierten Lichtes. Es wurde jedoch herausgefunden, dass die vorstehenden Erfordernisse erfüllt sind, wenn die Gesamtdurchlässigkeit der abschirmenden Schicht 14 und der streuenden Schicht 16 in dem Bereich von ungefähr 40 bis ungefähr 80% ist, was äquivalent zu einer Durchlässigkeit von 80% oder höher ist, vorzugsweise 90% oder höher bei der streuenden Schicht 16, und einer Durchlässigkeit von 45 bis 85% bei der abschirmenden Schicht 14.
Die erste Ausführungsform und das Vergleichsbeispiel 2 waren vollständig unterschiedlich in der Qualität des Erscheinungsbildes, wie konkret in 3 und 4 gezeigt ist.
Während bei dem Aufbau des Vergleichsbeispiels 2 lediglich die streuende Schicht verwendet wurde zum Verbergen der Solarbatterie und Wiedergeben eines Erscheinungsbildes, wird bei der ersten Ausführungsform die abschirmende Schicht 14 hauptsächlich zum Verbergen der Solarbatterie 13 verwendet und die streuende Schicht 16 hauptsächlich zum Wiedergeben eines Erscheinungsbildes durch das reflektierte Licht verwendet.
Wie in 3 gezeigt, ist die Intensität des von der Interferenzfilterschicht 15 reflektierten Lichtes lediglich von der Durchlässigkeit der streuenden Schicht 16 abhängig und wird überhaupt nicht beeinträchtigt durch die Durchlässigkeit der abschirmenden Schicht 14, da die abschirmende Schicht 14 und die streuende Schicht 16 der ersten Ausführungsform unterschiedlichen Zwecken zugewiesen sind.
Wie in 4 gezeigt, ist andererseits die Maximalintensität des von der Interferenzfilterschicht des Aufbaus des Vergleichsbeispiels 2 reflektierten Lichtes niedrig für alle Farben des reflektierten Lichtes und die Intensität des reflektierten Lichtes ist abhängig von der Durchlässigkeit der streuenden Schicht, was beweist, dass die Intensität des reflektierten Lichtes stark abnimmt, wenn die Durchlässigkeit der streuenden Schicht verringert wird zum Verbergen der Solarbatterie. Folglich wird das reflektierte Licht schwach und trüb, was eine signifikante Verschlechterung der Qualität des Erscheinungsbildes verursacht.
Obwohl die Interferenzfilterschicht der ersten Ausführungsform eine fünflagige Struktur aus TiO₂-Schichten und SiO₂-Schichten ist, können verschiedene Arten von Interferenzfilterschichten, die geeignet sind für die Verwendung als Interferenzfilterschicht 15, unter Verwendung anderer Materialien und durch eine einfache Änderung des Designs ausgebildet werden.
Das Interferenzfilter 15 ist eine geeignete Komponente der vorliegenden Erfindung, um den Anforderungen für die Zufuhr der Energie zu der Solarbatterie und für die Wiedergabe der Farbe des reflektierten Lichtes zu genügen, da die Interferenzfilterschicht 15 nicht das einfallende Licht absorbiert und das einfallende Licht durchlässt oder reflektiert.
Die Interferenzfilterschicht 15 ist in der Lage, Licht durchzulassen, welches normalerweise reflektiert würde, und vergrößert den Freiraum des Designs in Abhängigkeit von der Farbe des reflektierten Lichtes. Obwohl die erste Ausführungsform als streuende Schicht 16 eine Glasplatte verwendet, welche durch Schleifen fertiggestellt wurde, kann die streuende Schicht 16 aus einem Plastikmaterial oder dergleichen ausgebildet werden.
Die abschirmende Schicht 14 und die streuende Schicht 16 können direkt auf der Interferenzfilterschicht 15 oder der Solarbatterie 13 durch einen Dünnschicht-Ausbildungsprozess ausgebildet werden, wie beispielsweise einen Schleuderbeschichtungsvorgang, einen Tauchvorgang oder einen Aufdampfvorgang.
Es wurde bestätigt, dass streuende Schichten, die ausgebildet wurden durch Bearbeiten der Oberfläche eines transparenten Substrates in die Gestalt einer Fischaugenlinse, einer linsenförmigen Linse oder einer Fresnel-Linse, ähnliche Effekte hervorrufen wie jene der streuenden Schicht 16, die durch einen Schleifvorgang ausgebildet ist.
Zweite Ausführungsform, welche nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist
5 ist eine typische Schnittansicht, die eine Solarbatterievorrichtung bei einer zweiten Ausführungsform zeigt, welche in einer Armbanduhr enthalten ist, sowie Komponenten der Armbanduhr, die auf der Vorderseite der Solarbatterievorrichtung angeordnet sind.
Ein Substrat 22 wird fest auf der inneren Oberfläche eines Gehäuses 21 gehalten. Das Substrat 22 kann ein Metallsubstrat oder ein isolierendes Substrat sein. Das bei der zweiten Ausführungsform verwendete Substrat 22 ist ein 300 μm dickes Glassubstrat. Eine Solarbatterie 23 wird auf der vorderen Oberfläche des Glassubstrates 22 durch Bearbeiten eines amorphen Siliziumfilms ausgebildet, der durch einen Plasma-CVD-Vorgang ausgebildet ist.
Eine stark brechende Schicht 24, d.h. ein optisches Teil, und eine weiße streuende Schicht 25 sind in dieser Reihenfolge auf der Vorderseite der Solarbatterie 23 so ausgebildet, dass sie die Solarbatterie 23 bedecken. Die streuende Schicht 25 wirkt ebenfalls als ein Zifferblatt der Solar-Armbanduhr.
Genauer gesagt wurde ein 125 nm (äquivalent zu λ/4) dicker Tantalpentoxidfilm mit einem Brechungsindex von 2,1 auf einer Hauptoberfläche eines 300 μm dicken Glassubstrates als die stark brechende Schicht 24 abgeschieden. Die andere Hauptoberfläche des gleichen Glassubstrates wurde bearbeitet durch einen Schleifvorgang unter Verwendung von SiC-Pulver mit 100er Körnung zum Ausbilden der weißen streuenden Schicht 25.
Die Durchlässigkeit der auf dem Glassubstrat ausgebildeten stark brechenden Schicht 24 im sichtbaren Bereich war nicht abhängig von der Wellenlänge und war ungefähr 80% (Reflexion: 20%). Die Durchlässigkeit der weißen streuenden Schicht 25 war im Wesentlichen gleichförmig 75% für alle Wellenlängen im sichtbaren Bereich.
Die Durchlässigkeit der stark brechenden Schicht 24 kann eingestellt werden durch Einstellen des Brechungsindex der stark brechenden Schicht 24, da die Reflexion der stark brechenden Schicht 24 mit dem Brechungsindex variiert. Das Durchlassvermögen der weißen streuenden Schicht 25 kann ebenfalls eingestellt werden durch selektives Festlegen des Schleifmaterials und der Bearbeitungsbedingungen.
Wie oben erwähnt, kann die weiße streuende Schicht 25 ausgebildet werden durch mechanisches Aufrauen einer Oberfläche einer transparenten Basis, wie z.B. einer Glasplatte oder einem Plastikfilm, oder durch Modifizieren einer Oberfläche eines Plastikfilms. Die weiße streuende Schicht 25 kann eine Schicht eines Materials sein, das aufgrund seiner Struktur ein weißes Erscheinungsbild annimmt, wie z.B. Teflon, Derlin, Papier oder Stoff. Die weiße streuende Schicht 25 kann eine Struktur sein, die ausgebildet wird durch Beschichten einer transparenten Basis mit einem Film aus einer Mischung eines Bindemittels mit Calciumcarbonatpulver oder dergleichen oder mit einem transparenten Film, der eine streuende Substanz enthält. Die weiße streuende Schicht 25 kann ausgebildet werden durch Bearbeiten der Oberfläche eines transparenten Substrates in der Gestalt einer Fischaugenlinse, einer linsenförmigen bzw. bikonvexe Linse oder einer Fresnel-Linse.
Die weiße streuende Schicht 25 kann direkt auf der Solarbatterie 23 oder der stark brechenden Schicht 24 durch einen Dünnschicht-Bildungsprozess ausgebildet werden, wie beispielsweise einen Schleuderbeschichtungsvorgang, einen Tauchvorgang oder einen Aufdampfvorgang. Wenn die übereinandergelagerten Teile mit einem Kleber geklebt werden, kann der Kleber ein Material aufweisen, das die Funktion der weißen streuenden Schicht hat.
Die Solarbatterievorrichtung wurde hergestellt durch Schichten der so ausgebildeten stark brechenden Schicht 24 und der so ausgebildeten weißen streuenden Schicht 25 auf der Vorderseite der Solarbatterie 23. Die Menge der Strahlungsenergie, die auf die Solarbatterie fällt, wurde durch die elektromotorische Ausgabe ermittelt und die Wirkung beim Abschirmen der Solarbatterie 23 und die Qualität des Erscheinungsbildes wurden bewertet.
Die Solarbatterievorrichtung wurde bewertet im Vergleich zu einer Solarbatterievorrichtung, welche aus lediglich einer Solarbatterie besteht (herkömmliche Solarbatterievorrichtung), und zwei Solarbatterievorrichtungen mit Solarbatterien und absorbierenden weißen Filtern, die auf den Vorderseiten der entsprechenden Solarbatterien angeordnet waren und unterschiedliche Durchlässigkeiten aufwiesen (Vergleichsbeispiele 3 und 4).
Wenn die elektromotorische Ausgabe beurteilt wurde, wurde eine elektromotorische Kraft von 1,3 V bei einer normalen Innenraum-Beleuchtungsbedingung (Beleuchtung durch eine Fluoreszenzlampe) als eine untere Grenze für die Akzeptierung verwendet. Ergebnisse der Bewertung sind in Tabelle 2 gezeigt.
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, wird bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Solarbatterie zufriedenstellend verborgen, während eine elektromotorische Kraft in einem Wirkbereich der elektromotorischen Kraft erhalten wird, und das Erscheinungsbild hat eine hervorragende Qualität, wohingegen die herkömmliche Solarbatterievorrichtung und die Vergleichsbeispiele 3 und 4 nicht in der Lage sind, alle Anforderungen für die Erhöhung der elektromotorischen Kraft der Solarbatterie, für das Verbergen der Solarbatterie und die Qualität des Erscheinungsbildes zu erfüllen.
Tabelle 2
Obwohl die zweite Ausführungsform eine dünne Tantalpentoxidschicht mit einem Brechungsindex von 2,1 als die stark brechende Schicht 24 verwendete, kann als die stark brechende Schicht 24 eine dünne Schicht eines Materials mit einem Brechungsindex von 1,6 oder höher verwendet werden, welches nicht Licht einer Wellenlänge in sichtbarem Bereich absorbiert, wie beispielsweise eine dünne Aluminiumoxidschicht oder eine Titanoxidschicht. Die stark brechende Schicht 24 muss nicht auf eine dünne Schicht begrenzt werden, die auf einem Glassubstrat ausgebildet ist, sondern kann eine Schicht eines Plastikmaterials sein.
Dritte Ausführungsform
6 ist eine typische Schnittansicht einer Solarbatterievorrichtung bei einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
In ähnlicher Weise zu der zweiten Ausführungsform wurde eine Solarbatterie 32 auf einem Substrat 31 ausgebildet. Eine erste weiße abschirmende Schicht 33 als eine abschirmende Schicht, eine stark brechende Schicht 34 als ein optisches Teil und eine zweite weiße streuende Schicht 35 als eine streuende Schicht in dieser Reihenfolge auf der Solarbatterie 32 ausgebildet zum Aufbau einer Solarbatterievorrichtung.
Genauer gesagt wurde die erste weiße streuende Schicht 33 mit einer Durchlässigkeit von 83% durch Bearbeiten einer Hauptoberfläche einer Glasplatte durch einen Schleifvorgang ausgebildet und die stark brechende Schicht 34 mit einer Durchlässigkeit von 80% wurde ausgebildet durch Abscheiden ei ner dünnen Tantalpentoxidschicht mit einem Brechungsindex von 2,1 auf der anderen Hauptoberfläche der Glasplatte.
Die zweite weiße streuende Schicht 35, die durch Aufrauen einer Oberfläche einer 0,1 mm dicken Plastikschicht ausgebildet war, wurde auf die stark brechende Schicht 34 geschichtet.
Die erste weiße streuende Schicht 33, die stark brechende Schicht 34 und die zweite weiße streuende Schicht 35, die so ausgebildet wurden, wurden auf der Vorderseite der Solarbatterie 32 überlagert. Die dritte Ausführungsform wurde durch das gleiche Verfahren bewertet durch das die zweite Ausführungsform bewertet wurde. Die elektromotorische Ausgabe der Solarbatterie 32 und die Wirkung der Schichten beim Verbergen der Solarbatterie 32 waren im Wesentlichen die gleichen wie jene der zweiten Ausführungsform. Das Erscheinungsbild der dritten Ausführungsform war heller als jenes der zweiten Ausführungsform.
Solche Ergebnisse leiten sich ab aus der großen Durchlässigkeit der zweiten weißen streuenden Schicht 35, welche zur Erhöhung der Intensität des reflektierten Lichts beiträgt, das von der stark brechenden Schicht 34 nach außen reflektiert wird.
Andererseits wird erwogen, dass die Solarbatterie-Verbergungswirkung der dritten Ausführungsform auf dem gleichen Niveau ist wie die Solarbatterie-Verbergungswirkung der zweiten Ausführungsform, da die Wirkung beim Verbergen der Solarbatterie 32 abhängig von den entsprechenden Durchlässigkeiten der ersten weißen streuenden Schicht 33 und der zweiten weißen streuenden Schicht 35 ist.
Es wurde gefunden, dass alle Eigenschaften zufriedenstellend sind, wenn zulässige Durchlässigkeitsbereiche für die erste weiße streuende Schicht 33 und die zweite streuende Schicht 35 ungefähr 40 bis ungefähr 80% waren auf der Grundlage der Menge an Strahlungsenergie, die die Solarbatterie 32 erreicht, und der Qualität des Erscheinungsbildes.
Diese zulässigen Durchlässigkeitsbereiche sind äquivalent zu dem Durchlässigkeitsbereich von ungefähr 45 bis 85% für die erste weiße streuende Schicht 33 und 80% oder höher für die zweite weiße streuende Schicht 35.
Es ist wünschenswert, dass die zweite weiße streuende Schicht 35 die größtmögliche Durchlässigkeit aufweist, vorausgesetzt, dass die zweite weiße streuende Schicht 35 nicht die Qualität des Erscheinungsbildes verschlechtert.
Vierte Ausführungsform
Bei der zweiten bis vierten Ausführungsform wurden die einzuhaltenden Bedingungen durch eine streuende Schicht zum Zerstreuen von reflektiertem Licht von einem optischen Teil, wie z.B. eine Interferenzfilterschicht oder eine stark brechenden Schicht, für eine Optimierung untersucht.
Die streuende Schicht muss sowohl eine Zerstreufähigkeit als auch eine große Durchlässigkeit aufweisen zum Erhalt einer Solarbatterievorrichtung mit einem Erscheinungsbild von hervorragender Qualität. Das einfallende Licht gelangt durch die weiße streuende Schicht, ein Teil des einfallenden Lichtes wird durch das optische Teil reflektiert und der Rest wird durchgelassen. Das reflektierte Licht wird durch die streuende Schicht zerstreut und das zerstreute Licht wird in einer einheitlichen Farbe wahrgenommen.
Das durchgelassene Licht fällt auf die Solarbatterie, um zur Leistungserzeugung beizutragen. Falls die streuende Schicht eine vergleichsweise geringe Durchlässigkeit aufweist, sind die Intensitäten sowohl des reflektierten Lichtes als auch des durchgelassenen Lichtes verringert und folglich kann das Erscheinungsbild nicht in einer klaren Farbe ausgebildet werden und die Leistungserzeugungseigenschaft ist herabgesetzt. Deshalb ist es wünschenswert, dass die Durchlässigkeit der streuenden Schicht 80% oder mehr, vorzugsweise 90% oder mehr ist.
Es wurde durch die Untersuchung der Bedingungen zum Erhalt einer streuenden Schicht mit solchen Eigenschaften gefunden, dass eine weiße streuende Schicht eine große Durchlässigkeit von 80% oder mehr aufweist, wenn dieselbe aus einem farblosen transparenten Plastikmaterial ausgebildet ist, welches darin verteilt ein weißes Pulver enthält, d.h. eine Licht streuende Substanz, oder transparente Teilchen mit einem Brechungsindex, der unterschiedlich zu jenem des Plastikmaterials ist.
Eine Streufähigkeit, welche kompatibel mit den Bedingungen für eine große Durchlässigkeit ist, wurde abgeschätzt. Ein Streukoeffizient wurde definiert durch den folgenden Ausdruck: Streukoeffizient = {Gesamtdurchlässigkeit – geradlinige Durchlässigkeit}/Gesamtdurchlässigkeit,wobei: die Gesamtdurchlässigkeit das Verhältnis aus einer durch die streuende Schicht durchgelassenen Lichtmenge zu einer ursprünglich darauf einfallenden Lichtmenge ist und die geradlinige Durchlässigkeit das Verhältnis einer Lichtmenge, die durch eine auf einer Seite der streuenden Schicht angeordnete Licht erfassende optische Faser erfasst wird, zu der Lichtmenge, die ursprünglich von einer identischen optischen Faser, welche auf der anderen Seite der streuenden Schicht angeordnet ist und mit einem vorbestimmten Abstand dazu angeordnet ist, emittiert wird, ist. Ebenfalls wurde die Korrelation zwischen der Streufähigkeit und dem Streukoeffizienten untersucht.
Es wurde herausgefunden, dass eine streuende Schicht mit einem (Streukoeffizienten) von ≥ 0,3 eine Streufähigkeit aufweist, welche die Anforderungen für die Qualität des Erscheinungsbildes erfüllt. Die Ergebnisse der Untersuchung bewiesen ebenfalls, dass eine weiße streuende Schicht mit einer großen Durchlässigkeit von 80% oder mehr und einem Streukoeffizienten von 0,3 oder mehr erhalten werden kann.
Die Ausführungsform wird hier im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen konkret beschrieben.
7 ist eine typische Schnittansicht, die eine Solarbatterievorrichtung in der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, welche in einer Armbanduhr enthalten ist, sowie Komponenten der Armbanduhr, die auf der Vorderseite der Solarbatterievorrichtung angeordnet sind.
Ein Glassubstrat 42 wird fest auf der inneren Oberfläche eines Gehäuses 41 gehalten. Eine Solarbatterie 43 ist auf der rückseitigen Oberfläche des Glassubstrates 42 durch Bearbeiten eines amorphen Siliziumfilmes ausgebildet, der durch einen Plasma-CVD-Prozess ausgebildet ist.
Ein optisches Teil 44 und eine weiße streuende Schicht 45, d.h. eine streuende Schicht, werden in dieser Reihenfolge auf der vorderen Oberfläche des Glassubstrates 42 ausgebildet. Die weiße streuende Schicht 45 wirkt ebenfalls als das Zifferblatt der Solar-Armbanduhr.
Das optische Teil 44 ist eine stark brechende Schicht. Genauer gesagt ist die stark brechende Schicht eine ungefähr 60 nm dicke dünne Titanoxidschicht mit einem Brechungsindex von 2,3 und einem Reflexionsvermögen von ungefähr 25% und ist auf dem Glassubstrat 42 durch einen Aufdampfvorgang abgeschieden.
8 ist eine typische Schnittansicht der weißen streuenden Schicht 45. Die weiße streuende Schicht 45 wurde ausgebildet durch Auftragen einer Mischung aus einem farblosen transparenten Plastikmaterial 451, beispielsweise einem PMMA(Methyl-Methacrylat)-Harz, das 10 Gew.-% an Licht streuenden Teilchen 452, wie z.B. PS(Polystyrol)-Harzteilchen einer Partikelgröße der Größenordnung von 20 μm, enthielt, in einer 0,25 mm dicken Schicht.
Da sowohl das PMMA-Harz als auch die PS-Partikel transparent sind, hat die weiße streuende Schicht 45 eine große Durchlässigkeit. Da der Brechungsindex von 1,49 des PMMA-Harzes und jener von 1,59 des PS-Harzes unterschiedlich zueinander sind, wird das Licht durch die Wirkung des Unterschiedes im Brechungsindex zwischen dem PMMA-Harz und den PS-Partikeln gestreut. Folglich hat die weiße streuende Schicht 45 eine Durchlässigkeit von ungefähr 91% und einen Streukoeffizienten von ungefähr 0,6 und die Streuleistung der weißen streuenden Schicht 45 war zufriedenstellend.
Die so hergestellte Solarbatterievorrichtung hat eine Fähigkeit zum Hervorrufen einer hervorragenden Qualität der Erscheinung zusätzlich zu den Wirkungen beim Zuführen von Energie zu der Solarbatterie 43 und beim Verbergen der Solarbatterie 43.
In der vierten Ausführungsform ist eine Hauptaufgabe der weißen streuenden Schicht 45 die effiziente Streuung des reflektierten Lichtes von dem optischen Teil 44, so dass das Erscheinungsbild eine einheitliche Farbe hat. Die vorstehende Anordnung nahm ein graues Erscheinungsbild an, das keine Wellenlängenabhängigkeit in dem sichtbaren Bereich aufwies und war nicht inkompatibel mit dem Erscheinungsbild des Zifferblattes der Armbanduhr.
Die Solarbatterie 43 wird weiterhin wirkungsvoll verborgen durch das zusätzliche Einfügen eines abschirmenden Teils zwischen das optische Teil 44 und die Solarbatterie 43.
Andere Materialien als das PMMA-Harz als Plastikmaterial 451 und als die PS-Harzpartikel als die Licht streuenden Partikel 452 können in Kombination verwendet werden zum Ausbilden der weißen streuenden Schicht 45 der vierten Ausführungsform.
Beispielsweise können Licht streuende Partikel eines Polysulfonharzes mit einem Brechungsindex von 1,63 oder eines PET(Polyethylen-Terephthalat)-Harzes mit einem Brechungsindex von 1,58 in dem PMMA-Harz verteilt sein.
Eine streuende Schicht, welche die gleiche Wirkung wie die weiße streuende Schicht 45 der vierten Ausführungsform aufweist, kann ausgebildet werden durch Auftragen einer Mischung einer Substanz mit einem großen Brechungsindex und einer Sub stanz mit einem kleinen Brechungsindex, die in der ersten fein verteilt ist. Beispielsweise kann eine streuende Schicht, die ausgebildet ist durch Auftragen einer Mischung eines Epoxidharzes mit einem Brechungsindex in dem Bereich von 1,55 bis 1,61 mit einem PVAC (Polyvinylalkohol) mit einem Brechungsindex von 1,46, der in dem Epoxidharz verteilt ist, verwendet werden.
Die Durchlässigkeit und der Streukoeffizient sind stark abhängig von der Konzentration und der Partikelgröße der Licht streuenden Substanz, die in dem Plastikmaterial verteilt ist. Bei der vierten Ausführungsform wurden die Konzentration und die Partikelgröße des PS-Harzes, das in dem PMMA-Harz verteilt ist, untersucht. Es wurde herausgefunden, dass die weiße streuende Schicht 45 mit einer zufriedenstellenden Durchlässigkeit von 80% oder darüber und einem zufriedenstellenden Streukoeffizienten von 0,3 oder darüber ausgebildet werden kann, wenn die Konzentration der Licht verteilenden Substanz in dem Bereich von 5 bis 40 Gew.-% ist und die Partikelgröße derselben in dem Bereich von 5 bis 50 μm ist. Die Farbe des Erscheinungsbildes kann in einem weiten Farbbereich von einem stark streuenden weißlichen Grau bis zu einem stark durchsichtigen Grau variiert werden durch geeignetes Festlegen der Durchlässigkeit und des Streukoeffizienten.
Wenn eine Interferenzfilterschicht als das optische Teil 44, das in 7 gezeigt ist, anstelle der stark brechenden Schicht verwendet wurde, verursacht ein Unterschied in der Fähigkeit der weißen streuenden Schicht 45 einen weiteren auffälligen Unterschied in der Qualität des Erscheinungsbildes.
Da reflektiertes Licht, welches keine Wellenlängenabhängigkeit in dem sichtbaren Bereich aufweist, durch die weiße streuende Schicht 45 nach außen gestreut wird, wenn die stark brechende Schicht verwendet wird, gibt es keinen signifikanten Unterschied, sogar wenn aufgrund von irgendwie schlechteren Übertragungseigenschaften der weißen streuenden Schicht 45 eine undurchsichtige Komponente überlagert ist. Andererseits nimmt das Erscheinungsbild eine undurchsichtige, trübe Farbe an, wenn die Interferenzfilterschicht eine spezielle Farbkomponente reflektiert, wenn die weiße streuende Schicht 45 eine undurchsichtige Komponente aufweist.
Beim Ausbilden des Erscheinungsbildes in einer Farbe ist als ein Idealzustand wünschenswert, dass die weiße streuende Schicht 45 sowohl eine Lichtstreufähigkeit als auch eine Durchlässigkeit von nahezu gleich 100% aufweist. Praktisch ist es aufgrund von Grenzflächenreflexion und dergleichen unmöglich, 100% des einfallenden Lichtes durchzulassen. Deshalb ist es wünschenswert, dass die weiße streuende Schicht 45 die größtmögliche Durchlässigkeit aufweist.
Fünfte Ausführungsform
Eine Solarbatterievorrichtung in einer fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wurde durch das gleiche Verfahren hergestellt wie das Verfahren, durch welches die Solarbatterievorrichtung in der ersten Ausführungsform hergestellt wurde, mit der Ausnahme, dass die Solarbatterievorrichtung in der fünften Ausführungsform eine weiße streuende Schicht 45 aufwies, die eine weiße Substanz als eine Licht streuende Substanz 452 enthielt.
Die weiße streuende Schicht 45 wurde ausgebildet durch Auftragen einer Mischung eines PMMA-Harzes mit 0,5 Gew.-% Calciumcarbonat-Pulver einer Partikelgröße in der Größenordnung von 10 μm als das weiße Pulver in einer 0,25 mm dicken Schicht.
Obwohl beide Hauptoberflächen einer Plastikschicht 451, welche die weiße streuende Schicht 45 bildet, spiegelnd sind, hat die Plastikschicht 451 ein allgemein weißes Erscheinungsbild, da die Calciumcarbonat-Partikel, die darin verteilt sind, Licht streuen. Die weiße streuende Schicht 45 hat eine Durchlässigkeit von ungefähr 85% und einen Streukoeffizienten von ungefähr 0,5.
Die Eigenschaften der weißen streuenden Schicht 45 können verändert werden durch geeignetes Einstellen der Konzentration, der Partikelgröße und des Zustands der Verteilung der weißen Partikel zum Ausbilden der weißen streuenden Schicht 45 entsprechend den gewünschten Zwecken.
Obwohl die Solarbatterievorrichtung in der vierten und der fünften Ausführungsform in der Anwendung für Solar-Armbanduhren beschrieben wurden, sind die Solarbatterievorrichtungen anwendbar auf verschiedene Geräte einschließlich Radios, welche eine Solarbatterie als eine Spannungsquelle verwenden, da die Qualität des Erscheinungsbildes optional festgelegt werden kann durch Einstellen der Durchlässigkeit und des Streukoeffizienten der weißen streuenden Schicht 45.
Sechste Ausführungsform
9 ist eine typische Schnittansicht, die eine Solarbatterievorrichtung in einer sechsten Ausführungsform zeigt, welche in einer Armbanduhr enthalten ist, sowie Komponenten der Armbanduhr, die auf der Vorderseite der Solarbatterievorrichtung angeordnet sind.
Ein transparentes Substrat 52, wie z.B. ein Glassubstrat, wird fest auf der inneren Oberfläche eines Gehäuses 51 gehalten. Eine Solarbatterie 53 ist auf der rückseitigen Oberfläche des Substrates 52 durch Bearbeiten einer amorphen Siliziumschicht ausgebildet, welche durch einen Plasma-CVD-Vorgang ausgebildet ist.
Ein optisches Teil 54 und eine weiße streuende Schicht 55 als eine streuende Schicht sind in dieser Reihenfolge auf der vorderen Oberfläche des Substrates 52 ausgebildet. Die vordere Oberfläche der weißen streuenden Schicht 55 dient als das Zifferblatt der Solar-Armbanduhr.
Die sechste Ausführungsform verwendet eine stark brechende Schicht als das optische Teil 54. Genauer gesagt ist die stark brechende Schicht eine ungefähr 60 nm dicke Titanoxid-Dünnschicht mit einem Brechungsindex von 2,3 und einem Reflexionsvermögen von ungefähr 25% und ist auf dem Substrat 52 durch einen Aufdampfprozess abgeschieden.
10 ist eine typische Schnittansicht der weißen streuenden Schicht 55. Die weiße streuende Schicht 55 ist ausgebildet durch mechanisches Aufrauen einer Hauptoberfläche eines Glassubstrates 551 mit einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit Ra von ungefähr 0,02 μm und einer durchschnittlichen Tiefe von ungefähr 0,1 μm durch einen Feinschleifvorgang unter Verwendung eines SiC-Pulvers mit Kör nung 2000. Das Glassubstrat, das eine so aufgeraute Oberfläche aufweist, hat eine Durchlässigkeit von 91% und einen Streukoeffizienten von 0,1. Diese Streufähigkeit ist überaus klein und das Glassubstrat 551 ist nicht verwendbar.
Die so geschliffene Oberfläche des Glassubstrates 551 wurde mit Flusssäure 10 Sekunden lang geätzt zum Ausbilden einer unregelmäßigen Schicht 552 mit einer Durchlässigkeit von ungefähr 91,5% und einem verbesserten Streukoeffizienten von ungefähr 0,4. Diese Werte sind groß genug zum richtigen Funktionieren der weißen streuenden Schicht 55.
Es wurde gezeigt, dass die so hergestellte Solarbatterievorrichtung eine Fähigkeit aufwies, eine hervorragende Qualität der Erscheinung zusätzlich zu den Wirkungen der Zufuhr von Energie zu der Solarbatterie 53 und des Verbergens der Solarbatterie 53 sicher zu stellen.
Eine Hauptaufgabe der weißen streuenden Schicht 55 ist in ähnlicher Weise zu jener der vierten Ausführungsform das Streuen des reflektierten Lichtes von dem optischen Teil 54 auf effiziente Weise, so dass das Erscheinungsbild eine gleichförmige Farbe hat. Die vorstehende Anordnung nahm ein graues Erscheinungsbild an, das keine Wellenlängenabhängigkeit in dem sichtbaren Bereich aufwies, und war nicht inkompatibel mit dem Erscheinungsbild des Zifferblattes der Armbanduhr.
Die Solarbatterie 53 wird weiterhin wirkungsvoll verborgen durch zusätzliches Einfügen eines abschirmenden Teils zwischen das optische Teil 54 und die Solarbatterie 53.
Die Durchlässigkeit und der Streukoeffizient der weißen streuenden Schicht 55 können verändert werden durch Verändern der Schleifbedingungen. Beispielsweise wurde durch Experimente unter Verwendung von SiC-Pulver mit Körnung 120 bis 4000 zum Schleifen herausgefunden, dass sowohl die Durchlässigkeit als auch der Streukoeffizient der weißen streuenden Schicht 55 zufriedenstellend sind, wenn der Schleifvorgang SiC-Pulver mit Körnung 400 bis 2000 verwendete und die geschliffene Oberfläche durch einen Ätzvorgang bearbeitet wurde. Die Farbe des Erscheinungsbildes kann in einem weiten Farbbereich von stark streuendem weißlichem Grau bis zu hoch durchsichtigem Grau variiert werden durch geeignetes Festlegen der Bedingungen des Schleifvorgangs.
Wie oben erwähnt kann die Durchlässigkeit verbessert werden, der Streukoeffizient nimmt jedoch ab, wenn SiC-Pulver einer höheren Körnung in dem Schleifvorgang verwendet wird, und folglich ist die Streufähigkeit verringert. Deshalb kann eine weiße streuende Schicht, welche sowohl die Bedingungen der Durchlässigkeit als auch des Streukoeffizienten erfüllt, nicht lediglich durch den Schleifvorgang ausgebildet werden. Die Verwendung des Ätzvorgangs, der dem Schleifvorgang folgt, verbessert weiterhin die Durchlässigkeit und den Streukoeffizienten, wodurch Bedingungen für den Schleifvorgang in einem weiten Bereich erfüllt werden konnten.
Obwohl es viele unbeantwortete Fragen hinsichtlich der Wirkung des Ätzvorgangs gibt, wird gefolgert, dass die Wirkung des Ätzvorgangs beim Verrunden der scharfen Kanten der Unregelmäßigkeiten, die durch den Schleifvorgang ausgebildet wurden, die vorstehende Verbesserung brachte.
Die Morphologie der Unregelmäßigkeiten ist abhängig von den Bedingungen des Schleifvorgangs. Im Übrigen wies eine durch einen Ätzvorgang behandelte Oberfläche, nachdem dieselbe durch einen Schleifvorgang unter Verwendung von SiC-Pulver mit Körnung 800 geschliffen wurde, eine Anhäufung von runden Unregelmäßigkeiten von ungefähr 50 μm auf. Eine durch einen Ätzvorgang bearbeitete Oberfläche, nachdem dieselbe durch einen Schleifvorgang unter Verwendung von SiC-Pulver mit Körnung 2000 geschliffen worden war, wies eine Anhäufung von runden Unregelmäßigkeiten von mehreren Mikrometern bis ungefähr 10 μm auf.
Obwohl beim Herstellen der Solarbatterievorrichtung in der sechsten Ausführungsform der Schleifvorgang zum mechanischen Aufrauen der Oberfläche des transparenten Substrates, beispielsweise eines Glassubstrates verwendet wird, kann die Oberfläche des transparenten Substrates durch irgendeinen anderen geeigneten Bearbeitungsvorgang als den Schleifvorgang aufgeraut werden.
Wenn eine Interferenzfilterschicht verwendet wird als das in 9 gezeigte optische Teil anstelle der stark brechenden Schicht, verursacht ein Unterschied in den Eigenschaften der weißen streuenden Schicht 55 einen weiteren deutlichen Unterschied in der Qualität des Erscheinungsbildes.
Da reflektiertes Licht, das nicht eine Wellenlängenabhängigkeit in dem sichtbaren Bereich aufweist, durch die weiße streuende Schicht 55 nach außen gestreut wird, wenn die stark streuende Schicht verwendet wird, gibt es keinen deutlichen Unterschied, sogar wenn eine undurchsichtige Komponente überlagert ist aufgrund einer irgendwie schlechteren Übertragungseigenschaft der weißen streuenden Schicht 55. Andererseits nimmt das Erscheinungsbild eine undurchsichtige, trübe Farbe an, wenn die Interferenzfilterschicht eine spezi elle Farbkomponente reflektiert, falls die weiße streuende Schicht 55 eine undurchsichtige Komponente aufweist.
Wenn durch die Interferenzfilterschicht die gefärbte Erscheinung ausgebildet wird, ist es wünschenswert, dass die Interferenzfilterschicht eine Lichtstreufähigkeit und die größtmögliche Durchlässigkeit aufweist.
Siebte Ausführungsform
Eine Solarbatterievorrichtung in einer siebten Ausführungsform wurde durch ein Verfahren ähnlich jenem hergestellt, durch welches die Solarbatterievorrichtung bei der sechsten Ausführungsform hergestellt wurde. Eine Oberfläche eines Glassubstrates wurde mechanisch durch einen Schleifvorgang unter Verwendung eines SiC-Pulvers mit Körnung 1000 aufgeraut und dann wurde die aufgeraute Oberfläche mit Flusssäure für 10 Sekunden geätzt zum Ausbilden von Unregelmäßigkeiten einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit Ra von ungefähr 0,2 μm und einer durchschnittlichen Tiefe von ungefähr 0,9 μm zum Erhalt eines weißen streuenden Glassubstrates mit einer Durchlässigkeit von ungefähr 91% und einem Streukoeffizienten von ungefähr 0,4.
Unter Verwendung des Glassubstrates als einer Muttermatrize wurde eine Plastikplatte einem Transfergussvorgang unterzogen. Genauer gesagt wurde ein Ultraviolett aushärtender PMMA(Methyl-Methacrylat)-Harzfilm mittels Spritzguss auf eine 0,2 mm dicke PC(Polycarbonat)-Platte aufgebracht und die Oberfläche der Muttermatrize wurde auf den Ultraviolett aushärtenden PMMA-Harzfilm übertragen zum Erhalt eines Plastiksubstrates mit einer Oberfläche, welche mit mechanisch ausgebildeten Unregelmäßigkeiten einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit von ungefähr 0,3 μm und einer durchschnittlichen Tiefe von ungefähr 1,0 μm versehen war. Das Plastiksubstrat hatte eine Durchlässigkeit von ungefähr 90,5% und einen Streukoeffizienten von ungefähr 0,5. Dieses Plastiksubstrat ist zufriedenstellend verwendbar als eine weiße streuende Schicht 55.
Die Muttermatrize kann ausgebildet werden durch Bearbeiten der Oberfläche einer Metallform durch einen Schleifvorgang unter Verwendung von SiC-Pulver und Ätzen der geschliffenen Oberfläche der Metallmatrize.
Die Produktivität bei der Herstellung der Solarbatterievorrichtung bei der siebten Ausführungsform, welche das Plastiksubstrat als die weiße streuende Schicht 55 verwendet, ist höher als jene bei der Herstellung der Solarbatterievorrichtung, welche das Glassubstrat als die weiße streuende Schicht 55 verwendet. Insbesondere wenn die Solarbatterievorrichtung in eine analoge Armbanduhr eingebaut werden soll, muss in dem Zentralabschnitt der weißen streuenden Schicht 55 eine Öffnung ausgebildet werden, welche ebenfalls als ein Zifferblatt dient, da der Minutenzeiger und der Stundenzeiger an einer Position entsprechend der Mitte des Zifferblattes gelagert sind. Obwohl die Öffnung schwierig in dem Glassubstrat auszubilden ist, ist dieselbe leicht in dem Plastiksubstrat auszubilden und die Öffnung kann auf einfache Weise in einer gewünschten Gestalt in dem Plastiksubstrat ausgebildet werden.
Achte Ausführungsform
Eine Solarbatterievorrichtung bei einer achten Ausführungsform ist ähnlich im grundlegenden Aufbau zu jener bei der sechsten und der siebten Ausführungsform. Wenn die Solarbatterievorrichtung in der achten Ausführungsform hergestellt wurde, wurde eine Muttermatrize zum Ausbilden einer weißen streuenden Schicht 55 durch die folgenden Prozesse hergestellt.
Ein Goldfilm, der auf einem (100)-Si-Wafer ausgebildet war, wurde durch einen fotolithographischen Prozess und einen Ätzvorgang bearbeitet zum Entfernen runder Abschnitte des Goldfilms mit 5 μm Durchmesser in einem Rasterabstand von 50 μm.
Dann wurde der Si-Wafer in eine Mischung aus konzentrierter Flusssäure, Salpetersäure und Essigsäure getaucht zum Entfernen der Abschnitte des Si-Wafers, welche durch das Entfernen der runden Abschnitte des Goldfilms frei lagen, mittels isotropen Ätzens und der Goldfilm wurde entfernt. Dadurch wurde eine Muttermaske mit halbkugelförmigen Vertiefungen, die regelmäßig auf ihrer Oberfläche angeordnet waren, ausgebildet.
Die Durchmesser der Vertiefungen sind abhängig von der Ätzzeit. Wenn sie ungefähr eine Stunde lang geätzt wurden, waren die Durchmesser der regelmäßig angeordneten halbkugelförmigen Vertiefungen ungefähr 40 μm.
Eine galvanoplastische Form wurde ausgebildet unter Verwendung der Muttermatrize und eine 0,3 mm dicke PC-Platte mit einem Feld von halbkugelförmigen konkaven Linsen in einer Hauptoberfläche derselben wurde durch einen Spritzgussprozess hergestellt, bei dem eine 0,3 mm dicke Hohlform vom Zentralspritztyp, welche auf 120°C aufgeheizt wurde, verwendet wurde.
Die PC-Platte hatte eine Durchlässigkeit von ungefähr 88% und einen Streukoeffizienten von ungefähr 0,4 und war zufriedenstellend verwendbar als eine weiße streuende Schicht 55. Die Eigenschaften einer PC-Platte mit einem Feld von konvexen Linsen waren die gleichen wie jene der PC-Platte mit dem Feld von konkaven Linsen.
Dieses Verfahren, welches den fotolithographischen Prozess verwendet, wenn die Muttermatrize ausgebildet wird, ist in der Lage, das Feld von Linsen genau auszubilden und runde Vorsprünge oder runde Vertiefungen mit einem wahlweisen Durchmesser auszubilden. Die Form des Feldes kann verändert werden durch Ätzen des Si-Wafers mittels eines anisotropen Ätzvorgangs.
Obwohl lediglich stellvertretende Materialien in der Beschreibung der sechsten, der siebten und der achten Ausführungsform erwähnt wurden, kann eine weiße streuende Schicht mit einer Durchlässigkeit von 80% oder mehr und einem Streukoeffizienten von 0,3 oder höher aus anderen Materialien ausgebildet werden, als jenen, die oben erwähnt wurden.
Weiße streuende Schichten, welche die gleichen Lichtdurchlasseigenschaften aufweisen, haben die gleiche Wirkung auf die Leistungserzeugungsfähigkeit der Solarbatterie. Da weiße streuende Schichten, welche unterschiedliche Streukoeffizienten aufweisen, unterschiedliche Designmöglichkeiten erlauben, ist die Solarbatterievorrichtung der vorliegenden Erfindung auf eine Vielzahl von Geräten anwendbar, einschließlich Tischrechnern und Radios, welche Solarbatterien verwenden.
Da die streuenden Schichten der vierten bis achten Ausführungsform zufriedenstellend sowohl in der Durchlässigkeit als auch in der Lichtstreuwirkung sind, kann eine Solarbatterievorrichtung mit einem Erscheinungsbild einer hervorragenden Qualität, welche die Anforderungen zum Zuführen der Energie zu den Solarzellen der Solarbatterie und zum Verbergen der Solarzellen der Solarbatterie erfüllt, auf einfache Weise hergestellt werden. Die Solarbatterievorrichtung ist anwendbar für verschiedene Zwecke, welche farbige Erscheinungen unterschiedlich zu dem bekannten gefärbten Erscheinungsbild erfordern.
Neunte Ausführungsform
In einer neunten und einer zehnten Ausführungsform werden die durch eine abschirmende Schicht für eine Solarbatterievorrichtung, welche die Erfordernisse sowohl einer hohen Qualität des Erscheinungsbildes als auch einer hohen Leistungserzeugungsfähigkeit erfüllt, zu erfüllenden Bedingungen beschrieben, so dass eine optimale abschirmende Schicht erhalten wird.
Durch eine abschirmende Schicht bei der Herstellung einer Solarbatterievorrichtung mit einem Erscheinungsbilds einer hervorragenden Qualität zu erfüllende Bedingungen sind das Übertragen von soviel Licht wie möglich durch ein optisches Teil zu einer Solarbatterie und das Abfangen von soviel reflektiertem Licht von der Solarbatterie wie möglich.
Ein Teil des einfallenden Lichtes, das durch eine streuende Schicht durchgelassen wird, wird durch ein optisches Teil reflektiert und der Rest des einfallenden Lichtes gelangt durch das optische Teil. Das reflektierte Licht wird durch die streuende Schicht nach außen gestreut, um die Empfindung einer einheitlichen Farbe hervorzurufen.
Das durchgelassene Licht gelangt durch eine abschirmende Schicht und fällt auf eine Solarbatterie, so dass der Solarbatterie Energie für die Leistungserzeugung geliefert wird. Da die Durchlässigkeit einer herkömmlichen abschirmenden Schicht nicht gerichtet ist, kann die herkömmliche abschirmende Schicht nicht die Erfordernisse sowohl der Zuführung von Strahlungsenergie zu der Solarbatterie als auch des Verbergens der Solarbatterie effizient erfüllen. Die neunte und die zehnte Ausführungsform erreichen weiterhin Verbesserungen durch Verwenden einer abschirmenden Schicht mit einer anisotropen Lichtdurchlässigkeitseigenschaft.
Es wurde durch Studien, welche durchgeführt wurden zum Erhalt einer abschirmenden Schicht mit solch einer Eigenschaft, herausgefunden, dass eine abschirmende Schicht, die ausgebildet wird, durch Bearbeiten der Oberfläche eines Plattenteils, so dass es farblos und transparent zumindest in dem sichtbaren Bereich ist, beispielsweise einer Glasplatte oder einer Plastikplatte, angrenzend an ein optisches Teil in einer dreidimensionalen Gestalt, einfallendes Licht durch das optische Teil mit einer Durchlässigkeit von 90% oder mehr überträgt und einfallendes Licht von einer Solarbatterie mit einer Durchlässigkeit von 60% oder weniger überträgt.
Wenn diese abschirmende Schicht verwendet wird, dann können 90% oder mehr des externen einfallenden Lichtes auf die abschirmende Schicht auf die Solarbatterie für die Leistungserzeugung fallen und 54% oder weniger des von der Solarbatterie reflektierten Lichtes durch die abschirmende Schicht zu dem optischen Teil gelangen, was ungefähr 2/3 der Menge des reflektierten Lichts entspricht, das durch die herkömmliche abschirmende Schicht zu dem optischen Teil gelangt.
Diese Tatsache kennzeichnet die Verstärkung der Solarbatterie-Verbergungswirkung während die gleiche Leistungsfähigkeit der Leistungserzeugung der Solarbatterie wie bei der gleichen Solarbatterie, die durch die herkömmliche abschirmende Schicht abgeschirmt ist, sichergestellt wird. Eine abschirmende Schicht, welche eine Oberfläche aufweist, die in einer Morphologie ausgebildet ist, welche reflektiertes Licht von der Solarbatterie in alle Richtungen streut, zeigt eine weiter erhöhte Solarbatterie-Verdeckungswirkung.
Eine Solarbatterievorrichtung bei der neunten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen konkret beschrieben.
11 ist eine typische Schnittansicht, welche eine Solarbatterievorrichtung in der neunten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die in einer Armbanduhr enthalten ist, sowie Komponenten der Armbanduhr, die auf der Vorderseite der Solarbatterievorrichtung angeordnet sind. 12 ist eine typische Schnittansicht der Oberfläche einer abschirmenden Schicht, die in er Solarbatterievorrichtung von 11 enthalten ist.
Eine Solarbatterie 63 ist auf der rückseitigen Oberfläche eines Substrates 62, wie z.B. einer Glasplatte, durch Bearbeiten eines amorphen Siliziumfilms ausgebildet, der mittels eines Plasma-CVD-Prozesses abgeschieden ist. Die vordere Oberfläche des Substrates 62 ist so bearbeitet, dass eine abschirmende Oberflächenschicht 67 einer Gestalt, die in 12 gezeigt ist, ausgebildet ist, welche als eine abschirmende Schicht 64 dient. Das Substrat 62, das einstückig mit der abschirmenden Schicht 64 versehen ist, wird fest in einem Gehäuse 61 gehalten. Ein optisches Teil 65 und eine weiße streuende Schicht 66 sind in dieser Reihenfolge auf der Vorderseite der abschirmenden Schicht 64 ausgebildet. Die vordere Oberfläche der weißen streuenden Schicht 66 dient ebenfalls als ein Zifferblatt. Dadurch wird eine Solar-Armbanduhr hergestellt.
Die abschirmende Schicht 64 hat die Abschirmoberflächenschicht 67, welche durch Bearbeiten einer Oberfläche des Substrates 62 ausgebildet ist und die Gestalt eines kontinuierlichen Prismas aufweist, welches aus einem Feld von 50 μm-Einheitspyramiden besteht, die aufeinanderfolgend in einer X- und einer Y-Richtung angeordnet sind.
Da optische Teil 65 ist eine stark brechende Schicht, die ausgebildet ist durch Abscheiden einer Titanoxidschicht mit einem Brechungsindex von 2,3 in einer Dicke von ungefähr 60 nm durch einen Aufdampfvorgang auf einer Oberfläche einer PC(Polycarbonat)-Platte.
Die weiße streuende Schicht 66 wurde ausgebildet durch Ausbilden eines UV-härtenden PMMA(Methyl-Methacrylat)-Harzfilmes mittels Gießens auf der anderen Oberfläche, d.h. der Oberfläche, auf der das optische Teil 65 nicht ausgebildet ist, der PC-Platte und Übertragen der Gestalt einer Oberfläche einer Muttermatrize, welche mittels eines Schleifvorgangs unter Verwendung von SiC-Pulver mit Körnung 1000 und eines Ätzvorgangs unter Verwendung einer Mischung von Flusssäure und Salpetersäure bearbeitet wurde, auf die PMMA-Harzschicht.
Proben der Abschirmschichten mit Oberflächenschichten ähnlich zu der Abschirmoberflächenschicht 67 der so hergestellten Solarbatterievorrichtung und mit Pyramiden unterschiedlicher Spitzenwinkel in dem Bereich von 70° bis 120° wurden Experi menten zum Messen ihrer Durchlässigkeiten bezüglich vertikal einfallenden Lichtes unterzogen.
In 13, die gemessene Ergebnisse zeigt, zeigen die Daten, die durch volle Kreise dargestellt sind, die Spitzenwinkelabhängigkeit der Durchlässigkeit für einfallendes Licht von der Seite des optischen Teils 65 und die Daten, die durch leere Kreise dargestellt sind, zeigen die Spitzenwinkelabhängigkeit der Durchlässigkeit für einfallendes Licht von der Seite der Solarbatterie 63.
Wie aus 13 ersichtlich ist, nimmt die Durchlässigkeit eine große Anisotropie bei verschiedenen Spitzenwinkeln an. Beispielsweise ist die Durchlässigkeit für einfallendes Licht von der Seite des optischen Teiles 65 90% oder mehr und die Durchlässigkeit für einfallendes Licht von der Seite der Solarbatterie 63 ist 55% oder weniger, wenn der Spitzenwinkel 80° beträgt.
Somit werden 90° oder mehr des externen Lichts, das auf die abschirmende Schicht 64 einfällt, zu der Solarbatterie 63 für die Leistungserzeugung übertragen und 55% oder weniger des von der Solarbatterie 63 reflektierten Lichtes können durch die abschirmende Schicht 64 zu dem optischen Teil 65 gelangen.
Die Verteilung des einfallenden Lichtes in einer Raumbeleuchtungsumgebung zeigt verglichen zu jener von vertikal einfallendem Licht eine niedrige Gerichtetheit. Sogar unter solchen Beleuchtungsbedingungen hat jedoch die abschirmende Schicht 64 eine anisotrope Lichtübertragungseigenschaft, bei der einfallendes Licht von der Seite des optischen Teiles 65 mit einer Durchlässigkeit von 80% oder mehr übertragen wird und einfallendes Licht von der Seite der Solarbatterie 63 mit einer Durchlässigkeit von 60% oder weniger übertragen wird.
In der neunten Ausführungsform ist die Durchlässigkeit der weißen streuenden Schicht 66 ungefähr 92%, jene des optischen Teiles 65 ist ungefähr 75% und jene der abschirmenden Schicht 64 gegenüber Licht, das von der Seite des optischen Teiles 65 einfällt, ist ungefähr 90% oder mehr. Deshalb können zumindest ungefähr 65% des externen einfallenden Lichtes die Solarbatterie 63 für die Leistungserzeugung erreichen, wenn es einige Grenzflächenreflexionen gibt.
Die geschätzten Reflexionen des amorphen Siliziumfilms und der Metallelektroden der Solarbatterie 63 sind ungefähr 20% bzw. ungefähr 70%. Deshalb ist die Lichtmenge, die durch die Metallelektroden reflektiert wird und die sich entgegengesetzt dem externen einfallenden Licht bewegt, ungefähr 18% des extern einfallenden Lichtes auf die Solarbatterievorrichtung, was klein ist verglichen mit der Intensität von 21% des reflektierten Lichtes, das durch das optische Teil reflektiert wird und eine spezielle Farbe zeigt. Folglich ist das reflektierte Licht, das durch die Solarbatterie 63 reflektiert wird, von außen kaum wahrnehmbar. Die Intensität des reflektierten Lichtes von anderen Abschnitten der Solarzellen ist noch weit geringer.
Wenn eine abschirmende Schicht in einem Vergleichsbeispiel angewendet wurde, die eine Durchlässigkeit von ungefähr 90% aufwies und nicht eine anisotrope Lichtübertragungseigenschaft aufwies, war die Menge des reflektierten Lichtes, das durch die Metallelektroden der Solarbatterie 63 reflektiert wurde und nach außen gelang, ungefähr 30% und folglich konnte die Solarbatterie 63 deutlich durch das von der Solarbatterie 63 reflektierte Licht wahrgenommen werden, was zeigte, dass die Abschirmwirkung der abschirmenden Schicht unzureichend war.
Die Abschirmwirkung der abschirmenden Schicht, welche nicht eine anisotrope Lichtübertragungseigenschaft aufweist, kann erhöht werden durch Verringern ihrer Durchlässigkeit. Wenn solch eine Abschirmschicht verwendet wurde, nahm die Lichtmenge, welche die Solarbatterie 63 erreichte, ab und die Intensität des reflektierten Lichtes war nicht hoch genug zum Ausbilden des Erscheinungsbildes in einer deutlichen Farbe und die Abschirmschicht war nicht zufriedenstellend sowohl beim Sicherstellen der Qualität des Erscheinungsbildes als auch beim Liefern von Strahlungsenergie zu der Solarbatterie.
Zehnte Ausführungsform
14 ist eine typische Schnittansicht einer Solarbatterievorrichtung, in der eine Abschirmschicht auf einer Schicht unterschiedlich zu jener, auf der die Abschirmschicht der neunten Ausführungsform ausgebildet ist, ausgebildet ist.
In der zehnten Ausführungsform ist eine Solarbatterie 63 auf einer isolierenden Schicht 69 ausgebildet, welche auf einem Metallsubstrat 68 ausgebildet ist, und eine Abschirmschicht 64 überlagert die vordere Oberfläche der Solarbatterie 63. Genauer gesagt ist die Solarbatterie 63 auf der isolierenden Schicht 69 aus einem Polyimidharz oder dergleichen ausgebildet, welche auf dem Metallsubstrat 68 aus Edelstahl oder dergleichen ausgebildet ist, und die Abschirmschicht 64 mit einer Abschirmoberflächenschicht 67 mit halbkugelförmigen Vorsprüngen ist direkt auf der vorderen Oberfläche der Solarbatterie 63 ausgebildet.
Die zehnte Ausführungsform ist ähnlich zu der neunten Ausführungsform in anderer Hinsicht. Die zehnte Ausführungsform bildet eine Muttermatrize zum Ausbilden der Abschirmschicht 64 durch die folgenden Vorgänge aus.
Ein Goldfilm, der auf einem (100)-Si-Wafer ausgebildet ist, wurde durch einen fotolithographischen Prozess und einen Ätzprozess bearbeitet zum Entfernen von runden Abschnitten des Goldfilms mit einem Durchmesser von 5 μm in einem Rasterabstand von 30 μm.
Dann wurde der Si-Wafer in eine Mischung aus konzentrierter Flusssäure, Salpetersäure und Essigsäure getaucht zum Entfernen von Abschnitten des Si-Wafers, welche durch Entfernen der runden Abschnitte des Goldfilms frei lagen, mittels isotropen Ätzens, und der Goldfilm wurde entfernt. Dadurch wurde eine Muttermatrize mit halbkugelförmigen Vertiefungen, die regelmäßig auf ihrer Oberfläche angeordnet waren, ausgebildet.
Die Durchmesser der Vertiefungen waren abhängig von der Ätzzeit. Aufeinanderfolgend und regelmäßig in einer X- und einer Y-Richtung angeordnete halbkugelförmige Vertiefungen mit ungefähr 25 μm Durchmesser wurden auf der Oberfläche der Muttermatrize ausgebildet, nachdem dieselbe für ungefähr 30 Minuten geätzt worden war.
Eine galvanoplastische Form wurde ausgebildet, indem die Muttermatrize verwendet wurde, ein PMMA-Harzfilm auf die Solarbatterie 63 gegossen wurde und dann halbkugelförmige Vorsprünge in dem PMMA-Harzfilm ausgebildet wurden durch Übertragen der Gestalt der galvanoplastischen Form zum Ausbilden der Abschirmschicht 64. Dann wurde eine PC-Platte mit den Funktionen des optischen Teils 65 und der weißen streuenden Schicht 66 (11) der neunten Ausführungsform an der vorderen Oberfläche der Abschirmschicht 64 angebracht zum Vervollständigen der Solarbatterievorrichtung.
Die Solarbatterievorrichtung bei der zehnten Ausführungsform wurde ausgebildet auf einer transparenten Glasplatte und die anisotrope Lichtübertragungseigenschaft der Abschirmschicht 64 wurde untersucht. Die Abschirmschicht 64 zeigte eine anisotrope Lichtübertragungseigenschaft, welche dargestellt wird durch eine Übertragung von ungefähr 92% des einfallenden Lichtes von der Seite des optischen Teiles 65 und eine Übertragung von ungefähr 65% des einfallenden Lichtes von der Seite der Solarbatterie 63.
Somit kann in der Solarbatterievorrichtung gemäß der zehnten Ausführungsform das von der Solarbatterie 63 reflektierte Licht sichtbar gemacht werden, indem einfach die Durchlässigkeit des optischen Teiles 65 verringert wird.
Da die zehnte Ausführungsform die Abschirmschicht 64 von ungefähr 50 μm Dicke verwendet, welche die vorangehende Eigenschaft aufweist und auf der Solarbatterie 63 ausgebildet ist, hat die Solarbatterievorrichtung einen einfachen Aufbau und eine verhältnismäßig geringe Dicke. Die Abschirmschicht 64, welche die Solarbatterie 63 bedeckt, dient auch als eine Schutzschicht. Da lediglich eine einzige PC-Platte mit Hauptflächen, welche die Funktion des optischen Teiles 65 und der weißen streuenden Schicht 66 aufweisen, auf die Abschirmschicht 64 aufgebracht werden muss, welche die Solarbatterie 63 überlagert, kann die Solarbatterievorrichtung auf sehr einfache Weise zusammengebaut werden.
In der neunten und der zehnten Ausführungsform kann die Abschirmoberflächenschicht 67 in irgendeiner optionalen Gestalt anstelle der Gestalt eines Feldes von Prismen oder eines Feldes von Halbkugeln ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Abschirmoberflächenschicht 67 in der Gestalt eines Feldes von Linsen, eines Feldes von abgeschnittenen Prismen oder einer lückenhaften Anordnung von Prismen ausgebildet sein.
Obwohl die halbkugelförmigen Vertiefungen aufeinanderfolgend in der X- und Y-Richtung auf der Abschirmoberfläche 67 der zehnten Ausführungsform angeordnet sind, können die halbkugelförmigen Vertiefungen in r-Θ-Richtungen angeordnet werden oder um einen halben Rasterabstand verschoben sein. Es wurde gezeigt, dass gerade Linien und dergleichen auf der Solarbatterie 63 von außen schwieriger sichtbar gemacht werden können, wenn die Abschirmoberflächenschicht 67 durch Übertragen der Gestalt einer galvanoplastischen Form mit bewusst zufällig angeordneten Vertiefungen ausgebildet wird.
Das Substrat, auf dem das optische Teil und die weiße streuende Schicht ausgebildet sind, muss nicht notwendigerweise eine PC-Platte sein, sondern kann eine Platte aus irgendeinem geeigneten der verschiedenen Plastikmaterialien sein. Das Substrat kann durch irgendeinen anderen geeigneten Prozess als den Spritzgussprozess ausgebildet werden.
Eine weiße streuende Schicht 66 kann ausgebildet werden durch das Verfahren zum Ausbilden der Abschirmschicht 64, das in der zehnten Ausführungsform verwendet wird.
Die stark brechende Schicht, die als ein optisches Teil in der neunten und der zehnten Ausführungsform verwendet wird, kann durch eine Interferenzfilterschicht ersetzt werden. Die Solar batterievorrichtung sieht wie eine spezielle Farbe aus, wenn anstelle der stark brechenden Schicht eine Interferenzfilterschicht verwendet wird. Da das von der Solarbatterie reflektierte Licht jedoch kaum von außen sichtbar ist aufgrund der Abschirmwirkung der Abschirmschicht, wird eine angestrebte Farbe gleichförmig und präzise ausgebildet. Da die Abschirmschicht eine große Durchlässigkeit aufweist, wird eine klare Farbe ausgebildet, die nicht trübe Bestandteile aufweist.
Wie anhand der vorangehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann eine Solarbatterievorrichtung mit einem Erscheinungsbild einer hervorragenden Qualität, die die Erfordernisse zum Zuführen von Energie zu der Solarbatterie und zum Verdecken der Solarbatterie erfüllt, auf einfache Weise hergestellt werden, da die Abschirmschichten, die in der neunten und der zehnten Ausführungsform verwendet werden, sowohl das Erfordernis einer hohen Durchlässigkeit als auch das Erfordernis der Abschirmwirkung erfüllen. Deshalb ist die Solarbatterievorrichtung für verschiedene Zwecke anwendbar, welche ein farbiges Erscheinungsbild unterschiedlich zu dem herkömmlichen farbigen Erscheinungsbild erfordern.
Elfte Ausführungsform, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist
Die spektrale Durchlässigkeitseigenschaft und die spektrale Reflexionseigenschaft eines optischen Teiles für Licht, das durch eine Fluoreszenzlampe emittiert wird, welche allgemein für eine Raumbeleuchtung verwendet wird, wurden untersucht, wenn Solarbatterievorrichtungen in einer elften und einer zwölften Ausführungsform hergestellt wurden. Dies bedeutet, die Durchlässigkeit für eine reflektierte Farbe und Strah lungsenergie, welche durch eine Fluoreszenzlampe emittiert wird, wurden untersucht und die Bedingungen zum Herstellen der Solarbatterievorrichtungen wurden untersucht. Es wurde herausgefunden, dass sowohl die Verbesserung der Durchlässigkeit als auch die Beibehaltung der Qualität des Erscheinungsbildes erreicht werden können, indem eine mehrlagige dielektrische Schicht bestehend aus zumindest zwei Lagen einschließlich zumindest einer Lage einer optischen Dicke (hier im folgenden als "nd" bezeichnet) ausgedrückt durch m·λ/2 (λ: eine der hellen Linienwellenlängen, m: positive ganze Zahl) auf einem Substrat, das transparent gegenüber Wellenlängen in dem sichtbaren Bereich ist, beispielsweise einem Glassubstrat oder einem Plastiksubstrat, ausgebildet wird.
15 ist eine typische Schnittansicht, die eine Solarbatterievorrichtung in einer elften Ausführungsform zeigt, welche in einer Armbanduhr enthalten ist, sowie Komponenten der Armbanduhr, die auf der Vorderseite der Solarbatterievorrichtung angeordnet sind.
Ein transparentes Substrat 72 wird fest auf der inneren Oberfläche eines Gehäuses 71 gehalten. Eine Solarbatterie 73 ist auf der rückseitigen Oberfläche des Substrates 72 ausgebildet durch Bearbeiten eines amorphen Siliziumfilms, der durch einen Plasma-CVD-Vorgang ausgebildet ist.
Ein optisches Teil 74 und eine weiße streuende Schicht 75 als eine streuende Schicht sind in dieser Reihenfolge auf der vorderen Oberfläche des Substrates 72 ausgebildet. Die vordere Oberfläche der weißen streuenden Schicht 75 dient als das Zifferblatt der Solar-Armbanduhr.
Eine Oberfläche eines Glassubstrates wurde mechanisch durch einen Schleifvorgang unter Verwendung von SiC-Pulver mit Körnung 1000 aufgeraut und danach die aufgeraute Oberfläche mit Flusssäure für 20 Sekunden geätzt zum Ausbilden der weißen streuenden Schicht 75. Die Durchlässigkeit der weißen streuenden Schicht 75 war ungefähr 91%.
16 ist eine typische Schnittansicht des optischen Teiles 74. Das optische Teil 74 ist eine mehrlagige dielektrische Schicht 742, welche ausgebildet ist durch Abscheiden von Tantalpentoxid (Ta₂O₅) mit einem Brechungsindex von 2,1 und Siliziumdioxid (SiO₂) mit einem Brechungsindex von 1,47 auf einem Glassubstrat 741 durch einen Vakuum-Aufdampfprozess. Die Gestaltung des Aufbaus der mehrlagigen dielektrischen Schicht 742 wird ausgedrückt durch: Substrat/HLH·2L·H/Luft (1)H: Ta₂O₅ nd = (3/4)λt
L: SiO₂ nd = λt/4
λt = 546 nm
Das von dem optischen Teil 74 reflektierte Licht war gelblich-grün. Die Durchlässigkeit für Strahlungsenergie, die durch eine kühle weiße Fluoreszenzlampe (FL-10W, Toshiba Corp.), welche als eine Lichtquelle verwendet wurde, emittiert wurde, wurde gemessen.
Die Durchlässigkeit für Strahlungsenergie, die durch die Fluoreszenzlampe emittiert wurde, wurde definiert durch das Verhältnis der Intensität eines Kurzschlussstromes, der hervorgerufen wird, wenn die Solarbatterie 73 mit Licht durch das optische Teil 74 und das transparente Substrat 72 bestrahlt wird, welches durch die Lichtquelle emittiert wird, zu der Intensität des Kurzschlussstromes, der hervorgerufen wird, wenn die Solarbatterie 73 mit Licht durch das transparente Substrat 72 bestrahlt wurde, das durch die Lichtquelle emittiert wurde. Die Durchlässigkeit für Strahlungsenergie, welche durch die Fluoreszenzlampe emittiert wurde, war ungefähr 70%.
Wenn die Solarbatterie 73 mit Licht bestrahlt wurde, welches durch die Lichtquelle durch das optische Teil 74, die weiße streuende Schicht 75 und das transparente Substrat 72 emittiert wurde, war die Durchlässigkeit für Strahlungsenergie, die durch die Fluoreszenzlampe emittiert wurde, ungefähr 64%.
In der so hergestellten Solarbatterievorrichtung war die Solarbatterie 73 zufriedenstellend verdeckt, die Qualität des Erscheinungsbildes war zufriedenstellend, und das optische Teil 74 übertrug Strahlungsenergie zu der Solarbatterie 73 auf effizientere Weise als das herkömmliche optische Teil wie in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
17 zeigt die spektrale Durchlässigkeit des optischen Teils 74 der elften Ausführungsform (Kurve a) und die spektrale Durchlässigkeit des herkömmlichen optischen Teils (Kurve b). Da das optische Teil 74 der elften Ausführungsform Licht der Wellenlänge einer hellen Linie mit hoher Lichtstärke zu der Solarbatterie 73 überträgt, ist die Durchlässigkeit des optischen Teils 74 größer als jene des herkömmlichen optischen Teils, welches nicht das Licht mit den Wellenlängen der hellen Linien durchlässt. Die Qualität des Erscheinungsbildes der elften Ausführungsform und jene der herkömmlichen Solarbatterievorrichtung sind im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau.
Das Emissionsspektrum einer allgemeinen Fluoreszenzlampe hat drei helle Linien im sichtbaren Bereich. 18 zeigt das Emissionsspektrum einer kühlen weißen Fluoreszenzlampe (FL-10W, Toshiba Corp.). Dieses Emissionsspektrum hat helle Linien bei λ = 436 nm, 546 nm und 578 nm.
Wie anhand von 17 ersichtlich ist, überträgt das optische Teil 74 der elften Ausführungsform die Wellenlängen λ = 436 nm und 546 nm. Das optische Teil 74 kann so entworfen werden, dass es andere Wellenlängen durchlässt.
Wenn beispielsweise λt im Ausdruck (1) von 546 nm auf 578 nm umgeändert wird und ein optisches Teil der gleichen Materialien wie jener, die durch den Ausdruck (1) ausgedrückt werden, verwendet wird, überträgt das optische Teil Wellenlängen λ von 436 nm und 578 nm und reflektiert gelblich-oranges Licht.
Wenn eine Lichtquelle Licht eines Emissionsspektrums mit hellen Linien bei anderen Wellenlängen als jenen, die in 18 gezeigt sind, emittiert, kann ein optisches Teil durch das gleiche Verfahren ausgebildet werden, so dass es Wellenlängen entsprechend den hellen Linien durchlässt.
Zwölfte Ausführungsform, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist
19 ist eine typische Schnittansicht eines optischen Teils, das in einer Solarbatterievorrichtung in einer zwölften Ausführungsform enthalten ist. Die zwölfte Ausführungsform ist ähnlich zu der elften Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass ein optisches Teil 76, welches in der zwölften Ausführungsform verwendet wird, unterschiedlich zu jenem der elften Ausführungsform ist.
Ein 4 μm dicker Film eines positiven Fotolacks (AZ-4620, Shipley Far East Ltd.) wurde auf einer Hauptoberfläche eines Glassubstrates 761 durch ein Schleuderbedeckungsverfahren aufgebracht. Nach dem Trocknen des Fotolackfilms wurde der auf dem Glassubstrat 761 ausgebildete Fotolackfilm mit Licht belichtet unter Verwendung einer Streifenmaske mit parallelen 50 μm breiten linearen Öffnungen, die in einem Rasterabstand von 150 μm angeordnet waren, die belichteten gestreiften Abschnitte des Fotolackfilms wurden entfernt durch Entwickeln, so dass Abschnitte der Oberfläche des Glassubstrates 761 entsprechend den belichteten gestreiften Abschnitten des Fotolackfilms freigelegt wurden, und eine mehrlagige dielektrische Schicht des folgenden Aufbaus wurde auf den freigelegten Abschnitten der Oberfläche des Glassubstrates 761 durch Aufdampfen abgeschieden. Substrat/HLH·2L·HLH/Luft (2) H: Ta₂O₅ nd = (3/4)λt
L: SiO₂ nd = λt/4
λt = 436 nm
Dann wurde der zurückbleibende Fotolackfilm durch einen Abhebeprozess unter Verwendung von Aceton entfernt zum Erhalt von blau reflektierenden Abschnitten 761B. Dann wurde das Glassubstrat 761, das die blau reflektierenden Abschnitte 761B trug, wieder mit einem Fotolackfilm bedeckt und Abschnitte des Fotolackfilms benachbart zu den blau reflektierenden Abschnitten 761B wurden mit Licht unter Verwendung der vorher erwähnten Maske belichtet. Die belichteten Abschnitte des Fotolackfilms wurden entfernt durch Entwickeln, so dass die entsprechenden Abschnitte der Oberfläche des Glassubstrates 761 freigelegt wurden und eine mehrlagige dielektrische Schicht des folgenden Aufbaus wurde auf den freigelegten Abschnitten der Oberfläche des Glassubstrates 761 durch Aufdampfen abgeschieden. Substrat/HLH·2L·HLH/Luft (3)H: Ta₂O₅ nd = (3/4)λt
L: SiO₂ nd = λt/4
λt = 546 nm
Dann wurde der restliche Fotolackfilm durch einen Abhebevorgang entfernt zum Erhalt von gelblich-grün reflektierenden Abschnitten 761G.
In ähnlicher Weise wurden rot reflektierende Abschnitte 761R durch Bearbeiten eines mehrlagigen dielektrischen Films des folgenden Aufbaus ausgebildet. Substrat/HLHLHLH/Luft (4)H: Ta₂O₅ nd = (3/4)λt
L: SiO₂ nd = λt/4
λt = 680 nm
Dadurch wurde das optische Teil 76 ausgebildet. Das so ausgebildete optische Teil 76 reflektiert weißes (achromatisches) reflektiertes Licht und nimmt das Erscheinungsbild eines halbtransparenten Filters an. Die Durchlässigkeit des optischen Teils 76 für Licht, das durch eine kühle weiße Fluoreszenzlampe emittiert wird, war ungefähr 75%.
20 zeigt die entsprechenden spektralen Reflexionseigenschaften der blau reflektierenden Abschnitte 761B, der gelblich-grün reflektierenden Abschnitte 761G und der rot reflektierenden Abschnitte 761R des optischen Teiles 76. In 20 stellen die Kurven c, d und e die spektralen Reflexionsei genschaften der blau reflektierenden Abschnitte 761B, der gelblich-grün reflektierenden Abschnitte 761G bzw. der rot reflektierenden Abschnitte 761R dar.
Die Farbe des reflektierten Lichtes von dem optischen Teil 76 und die Durchlässigkeit des optischen Teils 76 sind ungefähr gleich zu jenen, die anhand der spektralen Reflexionseigenschaften der blau reflektierenden Abschnitte 761B, der gelblich-grün reflektierenden Abschnitte 761G und der rot reflektierenden Abschnitte 761R, die in 20 gezeigt sind, abgeschätzt werden.
Die so hergestellte Solarbatterievorrichtung war in ähnlicher Weise zu der Solarbatterievorrichtung in der elften Ausführungsform in der Güte beim Verdecken der Solarbatterie 73 und in der Qualität des Erscheinungsbildes zufriedenstellend. Es wurde gezeigt, dass das optische Teil der zwölften Ausführungsform eine große Durchlässigkeit für Strahlungsenergie aufweist, welche durch eine Fluoreszenzlampe emittiert wird, wie in Tabelle 4 gezeigt, und eine hervorragende Fähigkeit zum Liefern von Energie zu der Solarbatterie 73 aufweist.
Da das optische Teil 76 der zwölften Ausführungsform Licht mit Wellenlängen entsprechend hellen Linien hoher Lichtstärke zu der Solarbatterie 73 überträgt, ist die Gesamtdurchlässigkeit des optischen Teiles 76 der zwölften Ausführungsform größer als jene des herkömmlichen optischen Teils, welches nicht Licht mit Wellenlängen entsprechend den hellen Linien durchlässt. Daher kann das optische Teil 76 der zwölften Ausführungsform auf effizientere Weise Energie der Solarbatterie 73 zuführen als das herkömmliche optische Teil.
Tabelle 4
Da, wie anhand der vorangehenden Beschreibung ersichtlich ist, die optischen Teile der elften und der zwölften Ausführungsform große Durchlässigkeiten für Licht aufweisen, welches durch Fluoreszenzlampen emittiert wird, kann eine Solarbatterievorrichtung mit einem Erscheinungsbild einer hervorragenden Qualität, welche die Anforderungen zum Zuführen von Energie zu den Solarzellen der Solarbatterie und zum Verdecken der Solarzellen der Solarbatterie erfüllt, auf einfache Weise hergestellt werden. Die Solarbatterievorrichtung ist anwendbar für verschiedene Zwecke, die farbige Erscheinungsbilder und eine hohe Leistungserzeugungseffizienz erfordern.
Obwohl die blau reflektierenden Abschnitte 761B, die gelblich-grün reflektierenden Abschnitte 761G und die rot reflektierenden Abschnitte 761R bei der zwölften Ausführungsform der Reihe nach angeordnet sind, können diese Abschnitte in irgendeinem geeigneten Muster angeordnet sein, wie z.B. in einem Schachbrettmuster oder in einem Bienenwabenmuster, vorausgesetzt, dass Lichtstrahlen, welche durch diese reflektierenden Abschnitte reflektiert werden, sich zusammen so vermischen, dass sie nicht einzeln erkannt werden können. Obwohl die Breite der streifenartigen reflektierenden Abschnitte bei der zwölften Ausführungsform 50 μm ist, muss die Breite nicht auf 50 μm beschränkt sein, vorausgesetzt, dass die reflektierenden Abschnitte fein genug sind, um die Lichtstrahlen, die durch die reflektierenden Abschnitte reflektiert werden, nicht einzeln wahrnehmbar zu machen. Kein Problem bei der Qualität des Erscheinungsbildes tritt auf, wenn die Breite ungefähr 100 μm oder darunter ist.
Obwohl das optische Teil 76 der zwölften Ausführungsform weißes (achromatisches) Licht reflektiert, ist es offensichtlich anhand der spektroskopischen Theorien, dass das optische Teil 76 in der Lage ist, anderes chromatisches Licht als das weiße Licht zu reflektieren durch Verändern der Intensitätsverhältnisse zwischen den Lichtstrahlen, die durch die reflektierenden Abschnitte reflektiert werden.
Obwohl das optische Teil 76 der zwölften Ausführungsform drei unterschiedliche Typen von reflektierenden Abschnitten aufweist, d.h. die blau reflektierenden Abschnitte 761B, die gelblich-grün reflektierenden Abschnitte 761G und die rot reflektierenden Abschnitte 761R, kann das optische Teil 76 mit zwei oder vier unterschiedlichen Typen von reflektierenden Abschnitten versehen werden. Sogar wenn das optische Teil 76 mit zwei oder vier unterschiedlichen Typen von reflektierenden Abschnitten versehen wird, gibt es keine Veränderung in der Fähigkeit des optischen Teils 76, eine Farbe anzunehmen, welche durch die Kombination der Farben der Lichtstrahlen, die durch die reflektierenden Abschnitte reflektiert werden, hervorgerufen wird.
Obwohl jedes der optischen Teile der elften und der zwölften Ausführungsform eine mehrlagige dielektrische Schicht mit einer Schicht mit nd = (Wellenlänge der hellen Linie)/2 zum Übertragen von Licht mit Wellenlängen entsprechend den hellen Linien ist, kann das optische Teil mit einer Mehrzahl solcher Schichten versehen werden. Licht mit Wellenlängen entsprechend den hellen Linien kann auch übertragen werden, wenn nd = m·(Wellenlänge der hellen Linie/2) (m ist eine positive ganze Zahl). Andere dielektrische Materialien als Tantalpentoxid (Ta₂O₅) und Siliziumdioxid (SiO₂) können verwendet werden, vorausgesetzt, dass die dielektrischen Materialien transparent sind.
Andere mögliche dielektrische Materialien als solche, die bei der elften und der zwölften Ausführungsform verwendet werden, sind beispielsweise Zinksulfid (ZnS), Titanoxid (TiO₂), Zirkonoxid (ZrO₂), Indiumoxid (In₂O₃), Yttriumoxid (Y₂O₃), Magnesiumoxid (MgO), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Lanthanfluorid (LaF₃), Magnesiumfluorid (MgF₂) und Lithiumfluorid (LiF).
Eine optionale Farbe des reflektierten Lichtes kann bestimmt werden, während Licht mit Wellenlängen entsprechend den hellen Linien durchgelassen wird, durch Einstellen der entsprechenden Brechungsindizes der Schichten in Abhängigkeit von der Kombination jener dielektrischen Materialien und der optischen Dicken der Schichten.
Obwohl jedes der optischen Teile der elften und der zwölften Ausführungsform monochromatisches Licht reflektiert, kann ein Muster auf dem optischen Teil ausgebildet werden, wenn das optische Teil mit unterschiedlichen Typen von reflektierenden Abschnitten versehen wird, die eine Größe haben, welche groß genug ist, um die durch die unterschiedlichen Typen der reflektierenden Abschnitte reflektierten Lichtstrahlen einzeln wahrnehmbar zu machen.
Obwohl das Substrat jedes der optischen Teile der elften und der zwölften Ausführungsform ein Glassubstrat ist, kann ein optisches Teil mit den gleichen Eigenschaften wie jenen der optischen Teile, die bei der elften und der zwölften Ausführungsform verwendet werden, ausgebildet werden, indem ein transparentes Substrat eines anderen Materials als Glas verwendet wird, beispielsweise ein Polycarbonatharz. Wenn eine mehrlagige dielektrische Schicht des vorstehend erwähnten Aufbaus auf einem transparenten Harzsubstrat ausgebildet wird, neigt die H-Schicht dazu, sich von dem Substrat abzulösen oder zu reißen. Das Ablösen und Reißen der H-Schicht kann verhindert werden ohne die spektrale Reflexionseigenschaft zu verändern, indem eine L-Schicht zwischen das Substrat und die H-Schicht eingeschoben wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht in ihrer Anwendung auf die vorangehenden Ausführungsformen, die hier speziell beschrieben wurden, begrenzt und verschiedene Abwandlungen der vorangehenden Ausführungsformen sind möglich. Beispielsweise können die Solarbatterie und die Komponenten der vorliegenden Erfindung auf einer Hauptoberfläche eines transparenten Substrates ausgebildet werden und die andere Hauptoberfläche des Substrates kann für andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise als ein Zifferblatt.
Da das optische Teil, die streuende Schicht und die abschirmende Schicht, die als die Komponenten der Solarbatterievorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung dienen, in dünnen Lagen ausgebildet werden können, ist ein Raum mit einer Dicke von lediglich einigen hundert μm groß genug, um jene Komponenten aufzunehmen und es gibt wenige Beschränkungen für die praktische Anwendbarkeit der Solarbatterievorrichtung auf Geräte, welche Solarbatterien verwenden.
Da die Solarbatterie der Solarbatterievorrichtung entsprechend der vorliegenden Ausführungsform verdeckt werden kann, kann die Solarbatterie in einem Raum angeordnet werden, der vorher nicht verwendet werden konnte zum Anordnen der Solarbatterie aufgrund der Beschränkungen für das Design.
Obwohl es viele Beschränkungen für das Design der Solarbatterie gibt, um sowohl die Anforderungen hinsichtlich der Funktion als auch des Erscheinungsbildes zu erfüllen, kann beim Entwurf der Solarbatterie der Solarbatterievorrichtung der vorliegenden Erfindung zuerst die Funktion berücksichtigt werden und eine Solarbatterie einer großen Kapazität kann relativ frei verwendet werden, da die vorliegende Erfindung die Solarbatterie vor Blicken verdeckt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Solarbatterie in der Lage, richtig zu funktionieren und kann vor Blicken verdeckt werden. Die äußere Erscheinungsform kann in mannigfaltigen hellen Farben hervorragender Qualität wiedergegeben werden, der Freiheitsgrad beim Entwurf ist erhöht und die Solarbatterievorrichtung ist anwendbar für vielfältige Zwecke, für die herkömmliche Solarbatterievorrichtungen nicht angewendet werden konnten.
Wie in der Beschreibung der vorstehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erwähnt, ist die Solarbatterievorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht nur lediglich auf Solar-Armbanduhren anwendbar, sondern ebenfalls auf verschiedene Geräte, welche Solarbatterien verwenden, wie z.B. elektrische Tischrechner und Radios.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf verschiedene Produkte, welche Solarbatterien verwenden, wie z.B. Uhren, elektrische Tischrechner und Radios.
Die vorliegende Erfindung stellt die Zufuhr von genügend Strahlungsenergie zu der Solarbatterie sicher, verdeckt die Solarbatterie vor Blicken und verbessert die Qualität des Erscheinungsbildes.

Claims

Solarbatterievorrichtung mit: einer Abschirmschicht (14, 33, 64), die auf einer Vorderseite einer Solarbatterie (13, 32, 63) angeordnet ist, von der Solarbatterie reflektiertes Licht streut und die Menge an Licht verringert, die von der Vorderseite der Solarbatterie nach außen gelangt; einem optischen Filter (15, 34, 65), das auf der von der Solarbatterie abgewandten Seite der Abschirmschicht angeordnet ist; und einer streuenden Schicht (16, 35, 66), die auf jener Seite des optischen Filters angeordnet ist, die von der Solarbatterie abgewandt ist, zum Streuen und Übertragen des reflektierten Lichts, das von dem optischen Filter reflektiert wurde.
Solarbatterie(13, 32, 63)-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abschirmschicht eine Lichtdurchlässigkeit von 45 bis 85% hat.
Solarbatterievorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abschirmschicht eine anisotrope Lichtdurchlässigkeitseigenschaft aufweist, die in unterschiedlichen Richtungen unterschiedliche Lichtdurchlässigkeiten zeigt, und die von der Vorderseite zu der Solarbatterie übertragene Lichtmenge größer ist als jene Lichtmenge, die von der Seite der Solarbatterie zu der Vorderseite übertragen wird, und bei der die Abschirmschicht (64) aus einer farblosen, transparenten Platte besteht, bei der die vorderseitige Oberfläche der Abschirmschicht eine dreidimensionale Gestalt mit Vorsprüngen und Vertiefungen aufweist.
Solarbatterievorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Abschirmschicht eine Lichtdurchlässigkeit in dem Bereich von 60 bis 96% aufweist für Licht, das von der Vorderseite zu der Solarbatterie übertragen wird.
Solarbatterievorrichtung nach Anspruch 1, bei der das optische Filter (13) ein transparentes Substrat aufweist und eine mehrlagige dielektrische Schicht, die in der Lage ist, von den Wellenlängen, die hellen Linien des Lichts in einem sichtbaren Bereich entsprechen, die durch eine Leuchtstofflampe emittiert werden, welche im Allgemeinen für die Raumbeleuchtung verwendet wird, zumindest eine Wellenlänge zu übertragen, wobei die mehrlagige dielektrische Schicht auf dem transparenten Substrat ausgebildet ist.
Solarbatterievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die streuende Schicht eine Lichtdurchlässigkeit von 80% oder mehr aufweist.
Solarbatterievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das optische Filter (32, 63) eine stark brechende Schicht aus einem Material ist, das einen Brechungsindex von 1,6 oder mehr aufweist.
Solarbatterievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die streuende Schicht (45) aus einem Material ausgebildet ist, das ein farbloses, transparentes Plastikmaterial umfasst, und einem weißen Pulver, das in der Lage ist, das reflektierte Licht zu streuen, oder transparenten Teilchen mit einem Brechungsindex, welcher unterschiedlich zu jenem des farblosen, transparenten Plastikmaterials ist, die in dem farblosen, transparenten Plastikmaterial fein verteilt sind.
Solarbatterievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die streuende Schicht (16, 35), ein farbloser, transparenter Körper mit einer Oberfläche ist, die durch Aufrauen bearbeitet wurde.
Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten: Ausbilden einer Solarbatterie auf der rückseitigen Oberfläche eines Substrats; Ausbilden einer Abschirmschicht auf der vorderseitigen Oberfläche des Substrats durch mechanisches Aufrauen der vorderseitigen Oberfläche des Substrats; Ausbilden eines optischen Filters und einer streuenden Schicht in dieser Reihenfolge auf der Vorderseite der Abschirmschicht abgewandt von der Solarbatterie, wobei die streuende Schicht ausgebildet wird durch mechanisches Aufrauen einer Oberfläche einer farblosen, transparenten Platte in einer unregelmäßig rauen Gestalt und nachfolgendes Behandeln der Oberfläche mittels eines chemischen Ätzvorgangs oder wobei die streuende Schicht ausgebildet wird durch ein Verfahren mit den Schritten: Ausbilden einer Muttermatrize mit einer Oberfläche, die mit einer Anordnung von Vorsprüngen und Vertiefungen versehen ist, und Gießen eines transparenten Harzes auf die Muttermatrize oder eine galvanoplastische Form, die unter Verwendung der Muttermatrize ausgebildet wurde, zum Erhalt einer transparenten Harzschicht mit Vorsprüngen und Vertiefungen in ihrer Oberfläche.
Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten: Ausbilden einer Solarbatterie auf einem Substrat; Direktes Ausbilden einer Abschirmschicht auf der vorderseitigen Oberfläche der Solarbatterie durch ein Verfahren mit den Schritten: Ausbilden einer Muttermatrize mit einer Oberfläche, welche mit einer Anordnung von Vorsprüngen und Vertiefungen versehen ist, und Gießen eines transparenten Harzes auf die Muttermatrize oder eine galvanoplastische Form, die unter Verwendung der Muttermatrize ausgebildet wurde, zum Erhalt einer transparenten Harzschicht mit Vorsprüngen und Vertiefungen in ihrer Oberfläche; Ausbilden eines optischen Filters und einer streuenden Schicht in dieser Reihenfolge auf der Vorderseite der Abschirmschicht abgewandt von der Solarbatterie, wobei die streuende Schicht durch ein Verfahren ausgebildet wird mit den Schritten: Ausbilden einer Muttermatrize mit einer Oberfläche, welche mit einer Anordnung von Vorsprüngen und Vertiefungen versehen ist, und Gießen eines transparenten Harzes auf die Muttermatrize oder eine galvanoplastische Form, die unter Verwendung der Muttermatrize ausgebildet wurde, zum Erhalt einer transparenten Harzschicht mit Vorsprüngen und Vertiefungen in ihrer Oberfläche.