JP2013242519A - 自己発電シート及びそれを具備した画素回路を有する携帯機器 - Google Patents

Abstract

【課題】自己で発電機能を持ち、電力を補えることができるとともに、携帯端末に限らず、画素回路を有する携帯機器において、従来の正面輝度の低下を改善し、外観に変化無く、かつ、左右からの覗き見を限りなく不可能にする自己発電シートを提供することを目的とする。
【解決手段】太陽電池セルが、一様に連続した単位レンズからなる第一レンズアレイと、同様にしてなる第二レンズアレイとで挟み込まれた自己発電シートであって、前記第一レンズアレイの単位レンズに法線方向から入射した光の焦点位置が同一面上に配列され、且つ、前記第二レンズアレイの単位レンズが、前記第一レンズアレイの単位レンズに法線方向から入射した光を再び法線方向に射出するよう配列され、さらに、前記太陽電池セルが、前記単位レンズの焦点位置と同一面上に、且つ、該焦点位置を避けて配列されていることを特徴とする自己発電シートである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光学シートに関し、特に自己で発電機能を持ち合わせた光学シートに関する。

近年、充電可能な二次電池を備えた携帯電話を初めとするモバイル型の携帯端末などの携帯機器が広く普及しており、様々な場所において利用可能となっている。

しかし、携帯端末などの携帯機器の急速な普及により各社製品の特徴付けに様々な機能を付加し、その結果、消費電力が高くなる傾向にあり、消費される度に充電器による充電を必要とするため、１日中安心して使用できていない。

そこで電力を少しでも補うために太陽電池を搭載した携帯端末を含む携帯機器がいくつか提案されている。

例えば、ディスプレイ表示部、またはその表示部の裏面側に太陽電池が搭載された携帯電話や、移動中において太陽電池により携帯電話のバッテリーを十分に充電し得る携帯電話用太陽電池付キャリングケースなどが提案されている。（特許文献１、２参照）

その他に、携帯電話だけでなく、スマートフォンの台頭により太陽電池が搭載されたスマートフォン専用ケースなども提案されている。（特許文献３参照）

特開２００４−１４０５２１号公報 特開２０００−１７５７２０号公報 特開２０１０−１１０１９５号公報

しかしながら、上記のような提案型には以下のような問題があった。例えば、ディスプレイ表示部に搭載すれば輝度の低下が発生し、表示部の裏面側に搭載すれば無様で外観上あまり好ましくないなどの問題がある。また、キャリングケースやスマートフォン用ケースなどもサイズが大きくなるため収納に問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、自己で発電機能を持ち、電力を補えることができるとともに、携帯端末に限らず、画素回路を有する携帯機器において、従来の正面輝度の低下を改善し、外観に変化無く、かつ、左右からの覗き見を限りなく不可能にする自己発電シートを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、太陽電池セルが、一様に連続した単位レンズからなる第一レンズアレイと、同様にしてなる第二レンズアレイとで挟み込まれた自己発電シートであって、
前記第一レンズアレイの単位レンズに法線方向から入射した光の焦点位置が同一面上に配列され、且つ、
前記第二レンズアレイの単位レンズが、前記第一レンズアレイの単位レンズに法線方向から入射した光を再び法線方向に射出するよう配列され、さらに、
前記太陽電池セルが、前記単位レンズの焦点位置と同一面上に、且つ、該焦点位置を避けて配列されていることを特徴とする自己発電シートである。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記太陽電池セルの厚みが、前記第一レンズアレイ側が前記太陽電池セル面と接する位置から単位レンズの焦点までの距離と、前記第二レンズアレイ側が前記太陽電池セル面と接する位置から単位レンズの焦点までの距離との和に等しく、且つ、前記焦点が下記数１を満たすことを特徴とする請求項１に記載の自己発電シートである。

ｌ_１：第一レンズアレイ側が前記太陽電池セル面と接する位置から単位レンズの焦点までの距離
ｌ_２：第二レンズアレイ側が前記太陽電池セル面と接する位置から前記単位レンズの焦
点までの距離

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記太陽電池セルの前記第一レンズアレイ及び前記第二レンズアレイと接する面が平面であることを特徴とする請求項１または２に記載の自己発電シートである。

また、本発明の請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の自己発電シートを具備したことを特徴とする画素回路を有する携帯機器である。

本発明の請求項１によれば、第一レンズアレイの単位レンズから法線方向に入射した光が、太陽電池セルに入射することなく、第二レンズアレイの単位レンズによって再び前記法線方向に射出することができるため、正面輝度の低下を防ぐことができる。

また、前記第一レンズアレイ側から前記焦点までの垂直距離と前記第二レンズアレイ側から該焦点までの垂直距離が同じ場合、原則的には光軸上の一点から出た光は、同距離にある該焦点に集光されるはずであるが、レンズの曲率半径が小さい場合、レンズ中心から離れた位置を通る光は焦点よりレンズに近い点に集まってしまい、第二レンズアレイを通じて再び法線方向に射出する際の光量が減少し、光の制御ができなくなる。

しかしながら、本発明の請求項２によれば、第一レンズアレイの単位レンズの焦点に対して、前記太陽電池セル面と接する位置からの距離を、第一レンズアレイ側からよりも第二レンズアレイ側から近づけることで、第二レンズアレイの単位レンズによって再び前記法線方向に光量を減少することなくこと射出することができる。

また、本発明の請求項３によれば、前記太陽電池セルの前記第一レンズアレイ及び前記第二レンズアレイと接する面が平面であることから、無限遠からくる光線に対しては平凸レンズ形状がほぼ球面収差最小の形状となる為、正面輝度の低下を限りなく無くし、且つ、左右からの覗き見を限りなく不可能にすることができる。

すなわち本発明によれば、正面輝度の低下が防げ、デザインに何ら影響を受けることなく、且つ、左右からの覗き見を限りなく不可能にする自己発電シート及びそれを具備した画素回路を有する携帯機器を提供することができる。

画素回路を有する携帯機器とは、画素回路を有していればどのような携帯機器でもよく、例えば、電子機器にあるデジタルカメラやビデオカメラ、ノートパソコン、タブレットＰＣなどの携帯情報機器や携帯電話などの携帯通信端末に利用することができる。

従来の画素回路を有する携帯機器の一例を示す図である。 本発明に関わる自己発電シートを用いた画素回路を有する携帯機器の画像から発する光路を説明する図である。 本発明に関わる自己発電シートを用いた画素回路を有する携帯機器の外光から発する光路を説明する図である。 本発明の自己発電シートの構成を示す図である。 本発明に使用するレンズ形状の一例を示す図である。 本発明に使用する自己発電シートの一例を示す図である。 本実発明に関わる自己発電シートを用いたスマートフォンを説明する図である。 本実発明に関わる自己発電シートを用いたスマートフォンを説明する図 である。

以下、本発明の態様について、図面を参照にしながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は従来の画素回路を有する携帯機器の一例を示す図である。画像表示部１０から映し出される画像１１は優れた拡散性、視野角輝度を持っているため、視野角は大きく、観察者２０や観察者２１など、どの位置からでも画像を観察することができる。

画素回路とは、文字や画像を表示するために、画素を駆動する回路と画素表示用の媒体を有するものである。

画素表示用媒体の例としては、液晶、カラーフィルター、有機ＥＬ材料、蛍光体などが挙げられ、画素回路の例としては、上記画素媒体を用いたディスプレイが挙げられる。

図２は本実発明に関わる自己発電シートを用いた携帯機器の画像から発する光路を説明する図である。自己発電シート３０を備えることで画像表示部１０から映し出される画像１１は第一レンズアレイ１の単位レンズから法線方向に入射する光１ａが第二レンズアレイ２の単位レンズを通り再び法線方向に射出することができる。一方第一レンズアレイ１の単位レンズから法線方向以外に入射した光１ｂは、太陽電池セル４０に衝突するため第二レンズアレイ２の単位レンズを通過することができず、自己発電シート３０に入射した光が射出することはない。つまり画像表示部１０から映し出される画像１１は正面からの観察者２２からは観察できるが、左右方向に隣接した観察者２３などからは太陽電池セル４０が遮蔽効果を持ち観察することはできない。

太陽電池セル４０は自己発電シート３０に複数埋設されており、光電効果より受光部に入射した光を電力へと変換する機能を有している。この太陽電池セル４０としては、シリコン系である単結晶、多結晶の結晶シリコン型、薄膜シリコン型、またその他ではシリコンを使用しないＣｄＴｅ（Ｃｄ・Ｔｅの化合物）、ＣＩＧＳ（Ｃｕ・Ｉｎ・Ｇａ・Ｓｅの化合物）などの化合物系薄膜型、有機物の色素増感薄膜型等が用いられる。このような複数の太陽電池４０は、互いに電極（図示省略）により接続され、該電極によって発電した電力が外部に取り出されるようになっている。

太陽電池セル４０の受光面を画像１１と同面とすることで、画像１１から自己発電シート３０に入射する光のうち、太陽電池セル４０に衝突する光は吸収され、電力へと変換することが可能となり、携帯機器の電力を補うことができる。

図３は本発明に関わる自己発電シートを用いた携帯機器の外光から発する光路を説明する図である。図２と同様に自己発電シート３０を備えることで、第二レンズアレイ２から法線方向以外に入射した外光５０は第一レンズアレイ１を通過することなく、太陽電池セル４０に衝突するため、太陽電池セル４０の受光面を衝突面にすることで、衝突する光は吸収され、電力へと変換することが可能となり、携帯機器の電力を補うことができる。つまり図２、図３から両面を受光面とすることで発電する電力は最大となり、携帯機器の電力を補うことができる。

図４は本発明の自己発電シートの構成を示す図である。図４で示すように、自己発電シート３０は第一レンズアレイ１と太陽電池セル４０と第二レンズアレイ２から構成されており、太陽電池セル４０を第一及び第二レンズアレイで挟み込んだ構成となっている。また第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２に備えられたレンズプレート５は、第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２を作製するための板状の部材であり、第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２を成形するためものである。

なおレンズプレート５は必ず必要ではなく、本発明の光学特性を達成することができれば、材料や構造、プロセスなどを使用して作製することも可能である。

第一レンズアレイ１は入射してきた光を特定の方向へと屈折するための構造であり、図５で示すレンズ形状の一例をしめしているようなレンチキュラーレンズ６０、またはフレネルレンズ７０形状をなす凹凸形状が複数一方向に配列されて構成している。

第二レンズアレイ２についても第一レンズアレイ１と同じ性能を有し、レンズ形状についても第一レンズアレイ１で採用されるレンズを使用することができる。また第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２のレンズ形状は同じであっても、別々でもどちらでも良い。例えば、第一レンズアレイ１のレンズ形状がレンチキュラーレンズ６０で、第二レンズアレイ２のレンズ形状が同じレンチキュラーレンズ６０であっても、フレネルレンズ７０であっても良い。

太陽電池セル４０は第一レンズアレイ１に法線方向から入射した光の焦点位置と同一平面上に配置かつ該焦点をさけて配列されていることから配列された太陽電池４０は隙間を持ったルーバー状のような配列をなしている。

ここで自己発電シート３０の材質について説明する。
第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２はエネルギー線硬化樹脂または熱可塑性樹脂を使用する。エネルギー線硬化樹脂の成分について例えば、紫外線硬化型フォトポリマーが用いられ、具体的にはアクリル系ポリマー、アクリル系モノマーまたは可塑剤、分散剤、加水分解防止剤、各種レベリング剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤、粘性改質剤、潤滑剤、光安定化剤等が適宜配合されたものが用いられる。

エネルギー線硬化樹脂または熱可塑性樹脂は特に限定されるものではなく、本発明の効果を著しく損なわない限り公知の何れのポリマー組成分でも使用可能である。例えばポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、アクリロニトリル−（ポリ）スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、リエチレンナフタレート系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられ、これらのポリマーを１種又は２種以上混合して使用することができる。

上述のポリウレタン系樹脂の原料であるポリオールとしては、例えば水酸基含有不飽和単量体を含む単量体成分を重合して得られるポリオールや、水酸基過剰の条件で得られるポリエステルポリオールなどが挙げられ、これらを単体で又は２種以上混合して使用することができる。

水酸基含有不飽和単量体としては、（ａ）例えばアクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、アリルアルコール、ホモアリルアルコール、ケイヒアルコール、クロトニルアルコール等の水酸基含有不飽和単量体、（ｂ）例えばエチレングリコール、エチレンオキサイド、プロピレングリコール、プロピレンオキサイド、ブチレングリコール、ブチレンオキサイド、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、フェニルグリシジルエーテル、グリシジルデカノエート、プラクセルＦＭ−１（ダイセル化学工業株式会社製）等の２価アルコール又はエポキシ化合物と、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸との反応で得られる水酸基含有不飽和単量体などが挙げられる。これらの水酸基含有不飽和単量体から選択される１種又は２種以上を重合してポリオールを製造することができる。

また上述のポリオールは、アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル、アクリル酸エチルヘキシル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル、メタクリル酸エチルヘキシル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸シクロヘキシル、スチレン、ビニルトルエン、１−メチルスチレン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリロニトリル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、酢酸アリル、アジピン酸ジアリル、イタコン酸ジアリル、マレイン酸ジエチル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−ブトキシメチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、エチレン、プロピレン、イソプレン等から選択される１種又は２種以上のエチレン性不飽和単量体と、上述の（ａ）及び（ｂ）から選択される水酸基含有不飽和単量体とを重合することで製造することもできる。

水酸基含有不飽和単量体を含む単量体成分を重合して得られるポリオールの数平均分子量は１０００以上５０００００以下であり、好ましくは５０００以上１０００００以下である。また、その水酸基価は５以上３００以下、好ましくは１０以上２００以下、さらに好ましくは２０以上１５０以下である。

水酸基過剰の条件で得られるポリエステルポリオールは、（ｃ）例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、ヘキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、グリセリン、ペンタエリスリトール、シクロヘキサンジオール、水添ビスフェノルＡ、ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、ハイドロキノンビス（ヒドロキシエチルエーテル）、トリス（ヒドロキシエチル）イソシヌレート、キシリレングリコール等の多価アルコールと、（ｄ）例えばマレイン酸、フマル酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、トリメット酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸等の多塩基酸とを、プロパンジオール、ヘキサンジオール、ポリエチレングリコール、トリメチロールプロパン等の多価アルコール中の水酸基数が前記多塩基酸のカルボキシル基数よりも多い条件で反応させて製造することができる。

上述の水酸基過剰の条件で得られるポリエステルポリオールの数平均分子量は５００以上３０００００以下であり、好ましくは２０００以上１０００００以下である。また、その水酸基価は５以上３００以下、好ましくは１０以上２００以下、さらに好ましくは２０以上１５０以下である。

当該ポリマー組成物のポリマー材料として用いられるポリオールとしては、上述のポリエステルポリオール、及び、上述の水酸基含有不飽和単量体を含む単量体成分を重合して得られ、かつ、（メタ）アクリル単位等を有するアクリルポリオールが好ましい。かかるポリエステルポリオール又はアクリルポリオールをポリマー材料とすれば耐候性が高く、反射構造層１５の黄変等を抑制することができる。なお、このポリエステルポリオールとアクリルポリオールのいずれか一方を使用してもよく、両方を使用してもよい。

なお、上述のポリエステルポリオール及びアクリルポリオール中の水酸基の個数は、１分子当たり２個以上であれば特に限定されないが、固形分中の水酸基価が１０以下であると架橋点数が減少し、耐溶剤性、耐水性、耐熱性、表面硬度等の被膜物性が低下する傾向がある。

また、エネルギー線硬化性樹脂組成物の製造に、ラジカル重合性基と共にエポキシ基等のカチオン重合性基を有する化合物が含まれる場合は、上記した光ラジカル重合開始剤と共に光カチオン重合開始剤が含まれていてもよい。光カチオン重合開始剤は特に限定されず、本発明の効果を損なわない限り公知の何れのものも可能である。

これらの光重合開始剤は、１種または２種以上の併用が可能であり、本発明に係るウレタン（メタ）アクリレート系オリゴマー（Ａ）と前記ウレタン（メタ）アクリレート系オリゴマー（Ａ）以外のエネルギー線反応性モノマーの合計１００重量部に対して、通常１０重量部以下、好ましくは５重量部以下の範囲で含まれる。光重合開始剤の量が上記上限値以下であると、開始剤分解物による機械的強度の低下が起こり難いため好ましい。

光増感剤は、具体的には例えば、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、４−ジメチルアミノ安息香酸メチル、４−ジメチルアミノ安息香酸エチル、４−ジメチルアミノ安息香酸アミル、４−ジメチルアミノアセトフェノン等の公知のものが挙げられる。光増感剤は１種を単独で用いてもよく、又、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

レンズプレート５は第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２と同様の構成からなる材料でも良いし、そうでなくても良い。例えば、第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２と同様の構成でない場合は透明性基材を用いる。

透明性基材は耐水性、紫外線に対する耐久性等の耐候性を有しているものが望ましく、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂）等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−（ポリ）スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、リエチレンナフタレート系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、エポキシン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等から形成されていることが好ましい。

上述の樹脂の中でも、高い耐熱性、強度、耐候性、耐久性、水蒸気等に対するガスバリア性等を有したものとして、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、ポリ乳酸系樹脂が好ましい。

上述のポリエステル系樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等が挙げられる。これらのポリエステル系樹脂の中でも、耐熱性、耐候性等の諸機能面及び価格面のバランスが良好なポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。

上述のフッ素系樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体からなるペルフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー（ＥＰＥ）、テトラフルオロエチレンとエチレン又はプロピレンとのコポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、エチレンとクロロトリフルオロエチレンとのコポリマー（ＥＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン系樹脂（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニル系樹脂（ＰＶＦ）等が挙げられる。これらのフッ素系樹脂の中でも、強度、耐熱性、耐候性等に優れるポリフッ化ビニル系樹脂（ＰＶＦ）やテトラフルオロエチレンとエチレン又はプロピレンとのコポリマー（ＥＴＦＥ）が特に好ましい。

上述の環状ポリオレフィン系樹脂としては、例えばａ）シクロペンタジエン（及びその誘導体）、ジシクロペンタジエン（及びその誘導体）、シクロヘキサジエン（及びその誘導体）、ノルボルナジエン（及びその誘導体）等の環状ジエンを重合させてなるポリマー、ｂ）当該環状ジエンとエチレン、プロピレン、４−メチル−１−ペンテン、スチレン、ブタジエン、イソプレン等のオレフィン系モノマーの１種又は２種以上とを共重合させてなるコポリマー等が挙げられる。これらの環状ポリオレフィン系樹脂の中でも、強度、耐熱性、耐候性等に優れるシクロペンタジエン（及びその誘導体）、ジシクロペンタジエン（及びその誘導体）又はノルボルナジエン（及びその誘導体）等の環状ジエンのポリマーが特に好ましい。

なお、透光性基材の形成材料としては、上述の合成樹脂を１種又は２種以上混合して使用することができる。また、透光性基材の形成材料中には、加工性、耐熱性、耐候性、機械的性質、寸法安定性等を改良、改質する目的で、種々の添加剤等を混合することができる。この添加剤としては、例えば滑剤、架橋剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、充填剤、強化繊維、補強剤、帯電防止剤、難燃剤、耐炎剤、発泡剤、防カビ剤、顔料等が挙げられる。上述の透光性基材の成形方法としては、特に限定されず、例えば押出し法、キャスト成形法、Ｔダイ法、切削法、インフレーション法等の公知の方法が採用される。

第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２の形成方法としては、押出成形法、プレス法、キャスティング法、射出成形法、ＵＶ成形法、インクジェット法や切削・研削・研磨等の成形・加工が挙げられる。

例えば、ＵＶ成形法での作製では透明性基材上にＵＶ硬化性の樹脂を塗布し、所望の形状の金型を押し当て、その後にＵＶ照射することで、レンズプレート５に第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２が得ることができる。この際、第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２を一体として成形することはできず、第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２どちらか一方を成形し、太陽電池セル４０を封止した後他方のレンズアレイを成形する必要がある。

その他にも第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２を単独で成形した後、太陽電池セル４０を挟み込んで貼り合せることも作製方法も可能である。図６に本発明の自己発電シートの一例を示す。

なお、第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２について代表的な作製例を説明してきたが、本実発明の光学特性を達成することができれば、上記以外の材料や構造、プロセスなどを使用して作製することも可能である。

太陽電池セル４０はシリコン系である単結晶、多結晶の結晶シリコン型、薄膜シリコン型、またその他ではシリコンを使用しないＣｄＴｅ（Ｃｄ・Ｔｅの化合物）、ＣＩＧＳ（Ｃｕ・Ｉｎ・Ｇａ・Ｓｅの化合物）などの化合物系薄膜型、有機物の色素増感薄膜型、有機薄膜型等が用いられる。

自己発電シート３０は薄ければ薄いほど好ましいため太陽電池セル４０も薄いほうが好ましい。また携帯機器の使用場所は室内が多く、外光５０は戸外から差し込む太陽光もあるが、蛍光灯やＬＥＤなどの室内光を考慮した太陽電池セル４０が好ましい。蛍光灯やＬＥＤなどの室内光の波長は可視光線であり、赤外線などの波長は有さない。よって可視光線の吸収率が大きい薄膜シリコン型のアモルファスシリコンや有機物の色素増感薄膜型や有機薄膜型の電池が大変好ましい。

図７は本実発明に関わる自己発電シートを具備した携帯機器であるスマートフォンを説明する図である。ここ最近携帯端末として台頭してきたスマートフォン８０に自己発電シート３０を用いる場合スマートフォン８０のカバーガラス９０と本体１００の間に配置し、スマートフォン８０に内蔵されている蓄電池に電気的に接続されていることが望ましい。スマートフォン８０のフロント面には汚れ防止、反射防止、耐衝撃などの特性が必要、またスマートフォン特有のタッチパネル特性よりフロント面は平面であることが望ましく、凹凸を有する自己発電シート３０をフロント面に置くことは難しい。よってフロント面は従来通りカバーガラス９０が望ましく、自己発電シート３０はカバーガラス９０と本体１００の間に配置することが望ましい。

スマートフォン８０に自己発電シート３０を用いることで外観に変化なく、限りなく正面輝度の低下が抑えられ、かつ左右からの覗き見を限りなく不可能し、電力を補うことができる。

次に実施例について説明する。図６に示す自己発電シート３２を実施例として作製した。第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２の単位レンズのピッチを１００μｍ、屈折率を１．５、太陽電池セル４０に膜厚１００μｍのアモルファスシリコンを用い、第一レンズアレイ１と第二レンズアレイ２の曲率半径を２００、１７５、１５０、１２５、１００、７５μｍと計６種変えたものを用意した。

図６（ａ）は図６（ｃ）のＡの部分の拡大模式図である。
得られた各自己発電シート３２の第一レンズアレイ１から法線方向に入射する光が第二レンズアレイ２へ再び法線方向に射出する光量を測定した。また、太陽電池セル４０に面する第一レンズアレイ１側から法線方向に入射した時の焦点ｆ１ までの垂直距離と、太陽電池セル４０に面する第二レンズアレイ２側から該焦点までの垂直距離が等しい時を０とし、第二レンズアレイ２側から該焦点までの垂直距離が長くなる時を＋、反対に短くなる時を−の記号で表し、各自己発電シート３２の光量を測定した。また前記第一レンズアレイ１側から該焦点までの垂直距離をｌ１、前記第二レンズアレイ２側から該焦点までの垂直距離をｌ２とする。測定結果を下記の表１に示す。

上記に示す表１は、第一レンズアレイ１から法線方向への入射した光の光量を１とした場合にレンズアレイ２から再び法線方向へ射出した光の光量を測定した結果となる。空気界面から屈折率１．５の第一レンズアレイ１または第二レンズアレイ２へ入射または射出する場合、フレネル反射より約４％の反射が発生するため、射出光量の最大値は０．９２１６となる。

曲率半径が２００μｍの場合、ｌ１＝ｌ２の時に射出光量が最大値を示している。これは光軸上の一点から出た光は同距離にある焦点に集光されるためである。しかし、曲率半径が２００μｍより小さくなるとｌ１＝ｌ２の時に射出光量が最大値を示さないことがわかる。これはレンズの曲率半径が小さい場合、レンズの中心から離れた位置を通る光は屈折角度が大きくなるため、焦点よりレンズに近い点に集まってしまうため射出光量が低くなっている。このことは曲率半径が２００μｍの場合の焦点位置をｌ１＜ｌ２とした場合に射出光量が低下していることからもわかる。

焦点よりレンズに近い点に集まる収差は曲率半径が小さくなれほど大きくなることが表１よりわかり、収差分だけ焦点をずらすことでこの収差を再び法線方向に射出することが可能となる。よって、曲率半径が大きく収差が限りなくない場合はｌ１＝ｌ２の関係式が成り立ち、曲率半径が小さく収差が発生する場合はｌ１＞ｌ２の関係式が成り立つため、以上を踏まえ、下記数２が成り立つことがわかる。

本発明は、表示画面の輝度を低下させることなく、発電を行うことが可能であるため、画素回路を有し、電力を必要とする携帯機器、例えば、電子機器にあるデジタルカメラやビデオカメラ、ノートパソコン、タブレットＰＣなどの携帯情報機器や携帯電話などの携帯通信端末に適用することが期待される。

１ 第一レンズアレイ
１ａ 第一レンズアレイ単位レンズから法線方向に入射する光
１ｂ 第一レンズアレイ１の単位レンズから法線方向以外に入射した光
２ 第二レンズアレイ
５ レンズプレート
１０ 画像表示部
１１ 画像
２０ 観察者
２１ 観察者
２２ 観察者
２３ 観察者
３０ 自己発電シート
３１ 自己発電シート
３２ 自己発電シート
３３ 自己発電シート
３５ 本発明に関わるシート
４０ 太陽電池セル
５０ 外光（太陽）
６０ レンチキュラーレンズ
７０ フレネルレンズ
８０ スマートフォン
９０ カバーガラス
１００ スマートフォン本体

Claims (4)

1. 太陽電池セルが、一様に連続した単位レンズからなる第一レンズアレイと、同様にしてなる第二レンズアレイとで挟み込まれた自己発電シートであって、
   前記第一レンズアレイの単位レンズに法線方向から入射した光の焦点位置が同一面上に配列され、且つ、
   前記第二レンズアレイの単位レンズが、前記第一レンズアレイの単位レンズに法線方向から入射した光を再び前記法線方向に射出するよう配列され、さらに、
   前記太陽電池セルが、前記単位レンズの焦点位置と同一面上にあり、且つ、該焦点位置を避けて配列されていることを特徴とする自己発電シート。
2. 前記太陽電池セルの厚みが、前記第一レンズアレイ側が前記太陽電池セル面と接する位置から単位レンズの焦点までの距離と、前記第二レンズアレイ側が前記太陽電池セル面と接する位置から前記単位レンズの焦点までの距離との和に等しく、且つ、前記焦点が下記数３を満たすことを特徴とする請求項１に記載の自己発電シート。
   

   

   ｌ_１：第一レンズアレイ側が前記太陽電池セル面と接する位置から単位レンズの焦点までの距離
   ｌ_２：第二レンズアレイ側が前記太陽電池セル面と接する位置から前記単位レンズの焦点までの距離
3. 前記太陽電池セルの前記第一レンズアレイ及び前記第二レンズアレイと接する面が平面であることを特徴とする請求項１または２に記載の自己発電シート。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の自己発電シートを具備したことを特徴とする画素回路を有する携帯機器。

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