JP2015537234A - 表示装置又は表示装置を備える装置のための波長選択光起電 - Google Patents

Abstract

本明細書で説明されているのは、表示装置の視覚に影響を及ぼすことなく、表示装置又は表示装置を含む機器へ電力又は光起電機能を提供するために使用される装置及び方法である。波長選択光起電（ＷＰＶ）素子は、表示装置で生成される可視発光（又は反射光）のピーク周辺を選択的に吸収するという点で可視的に透明である。光起電素材は、実質的な遮断又は表示装置に表示されるコンテンツの発光（又は反射）に知覚的影響を生じさせることなく、表示装置の表面の一部又は全部の領域を覆うことができる。そして光起電素子によって吸収される入射光は、例えば機器へ電力を供給するために、電気エネルギーに変換される。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、機器又は電子機器のための光起電機器の使用に関する。

関連出願の相互参照
本出願は、参照することによりその内容が本明細書に援用されている、２０１２年１０月１日に出願した米国特許仮出願第６１／７０８，３８９号明細書の利益を主張するものである。

電子書籍リーダ、タブレット、携帯電話、ウェアラブル電子機器（例えば腕時計、スマートウオッチ及び電子眼鏡）等のモバイル機器は、電池の電力を使用し、ほぼ毎日のように充電する必要がある。光起電セルは、電池寿命を補うために使用され、表示装置を含むモバイル機器の構造に組み込むために異なる手法が用いられている。そのような手法の一例は、表示装置に設けられ、可視光を吸収する半透明の光起電セルである。他の手法は、細長く細切れに、あるいは表示装置から発せられる光が通過する隙間を形成するように、表示装置の周囲にセグメント化される不透明な光起電層である。

一般に、このようなモバイル機器の表示装置では、可視光の形で人間の目が画像や文字列を感知することを可能にする。この可視光は、発光（発光ダイオード（ＬＥＤ）若しくは液晶表示装置（ＬＣＤ）の表示）又は反射光（電気泳動表示装置、若しくは紙等の基材上に印刷されたインクや染料）という形で表示装置から人間の目へ供給される。

上記説明した手法は、（１）透明性がない光起電素材によって表示装置から発せられる光が吸収又は妨げられることに起因する表示性能の低下（例えば輝度の低下、解像度の低下等）が生ずる、又は（２）特定のセルタイプにおいて、全発電エネルギー量に比例する光起電素材の表面積が小さい、というどちらかの課題を表示装置にもたらす。

本明細書で説明されるのは、表示装置の視覚に影響を及ぼすことなく、表示装置又は表示装置を含む機器に電力又は光起電機能を提供するために使用される装置及び方法である。波長選択光起電（ＷＰＶ）素子は、表示装置で生成される可視発光（又は反射光）のピーク周辺を選択的に吸収するという点で可視的に透明である。光起電素材は、非表示部を付加することなく、実質的な遮断又は知覚的影響、或いは表示装置に表示されるコンテンツの発光（又は反射）に影響を生じさせることなく、表示装置の表面の一部又は全部の領域を覆うことができる。そして光起電素子によって吸収される入射光は、その機器又は隣接する機器へ電力を供給するために、電気エネルギーに変換される。

吸収作用の一例であり、可視的に透明な光起電素材の吸収作用に表示発光又は反射光の一例を重ねて図示したものである。 吸収作用の他の一例であり、可視的に透明な光起電素材の吸収作用に表示発光又は反射光の一例を重ねて図示したものである。 吸収作用の他の一例であり、波長選択光起電素材の吸収作用に表示発光又は反射光の一例を重ねて図示したものである。 波長選択光起電素材を含む反射光表示積層体の一例を図示したものである。 波長選択光起電素材を含む発光表示積層体の一例を図示したものである。 波長選択光起電素材がカラーフィルタとして機能するときの所望の発光ピークの一例を図示したものである。 紫外線／近赤外線に対して選択的な波長選択光起電素材の様々な太陽光照度の下における相対的な性能のグラフの一例を図示したものである。 紫外線／近赤外線に対して選択的な波長選択光起電素材の様々な人工の光源の下における相対的な性能のグラフの例を図示したものである。 取り外し可能なケース又はカバーとして電子機器の表示装置に組み込まれた波長選択光起電素材の一実施例を図示したものである。 取り外した状態のケースを異なる角度から図示したものである。 取り付けた状態のケースを異なる角度から図示したものである。 一実施例のケースの正面図である。 一実施例のケースの背面図である。 一実施例のケースの断面図である。 電子機器の上位レベルのダイアグラム及び電子機器の機能性の一例である。 波長選択光起電モジュール及び電気コネクタを含むケースの一実施例を図示したものである。 波長選択光起電素材の一実施例を図示したものであり、素子層の重なりパターンを図解したものである。 総モジュールの電流−電圧性能の一例を図示したものである。 ケースの一実施例における電気コネクタの外観の一例を図示したものである。 ケースの一実施例における電気コネクタの外観の他の例を図示したものである。 波長選択光起電モジュールを含むケースの配線接続の一例を図示したものである。 持ち上げられた状態の波長選択光起電モジュールとケースを図示したものであり、光起電素材の容器封入を図解したものである。 周辺光における波長選択光起電ケースの発電の実証を図解したものである。 波長選択光起電素材が一体化されたモバイル機器の一例を図示したものである。 反射表示装置に一体化された波長選択光起電コーティングの一例を図示したものである。

波長選択光起電機器、素子又は構成の実施例の図面及び詳細な説明は、明確な理解のために、電子機器及びパッケージなどに含まれている多くの他の構成要素を除去し、関連する構成要素を図解して簡略化されていると理解されるであろう。当該技術分野の通常の知識を有する者は、波長選択光起電機器、素子又は構成を実装する上で、他の構成要素及び／又はステップが望ましい及び／又は必須であると認識し得る。しかし、そのような構成要素及びステップについては、当該技術分野でよく知られており、波長選択光起電機器、素子又は構成のより良い理解を促進しないので、本明細書では議論しない。

本明細書で説明される非限定的な実施例は、波長選択光起電機器、素子又は構成に関する。本明細書で説明され、及び／又は図面に図示される実施例及び変形例は、あくまでも一例であり、本発明の範囲及び本質を限定しないものとして提供される。波長選択光起電機器、素子又は構成は、多数の出願の中で用いられている。応用できる部品は、２０１０年６月２３日に出願され、２０１１年１月２０日に公開された米国特許出願公開第２０１１００１０９１１号（発明の名称：表示装置において集光する方法及び装置）、２０１２年１月２５日に出願され、２０１２年７月２６日に公開された米国特許出願第２０１２０１８６６２３号（発明の名称：透明な光起電セル）、及び２０１２年６月１３日に出願された米国特許出願第１３／４９５３７９号（発明の名称：可視的に透明な発光性の太陽集光器）に開示される製造方法を用いて製造され得る。これらの内容は、本明細書において参照することにより、これらの全ての内容が本明細書において説明するものとして本明細書に組み込まれる。幾つかの実施例において、波長選択光起電素材は透明な光起電素材（ＴＰＶ）であり、透明な光起電素材は、可視的に又は可視光に透明な光起電素材である。一般に波長選択光起電素材は、（限定されないが）有機光起電素材、分子光起電素材及び発光性の太陽集光器、半導体ナノ結晶光起電素材又は無機光起電素材から構成され得る。光起電素材は、（限定されないが）半導体、又はフタロシアニン、ナフタロシアニン、ポルフィリン、フラーレンの群の分子染料、及びカーボンナノチューブも含み得る。

本明細書に開示されているのは、例えばモバイル機器、電子書籍リーダ、タブレット、携帯電話、ウェアラブル電子機器（例えば腕時計、スマートウオッチ及び電子眼鏡）、携帯用電子機器、屋外看板、建物標識、交通標識等の表示装置を有する機器へ電力を供給するために使用される機器である。この機器は、機器の表示装置の表面に配置される波長選択光起電素材を包含する。波長選択光起電素材は、一部の紫外線光及び赤外線光を吸収及び電気に変換すると同時に、一部の可視光を選択的に伝達し得る。本明細書で以下説明するように、いくつかの実施例において、波長選択光起電素材は、ケース、カバー又は他の類似構造物という形状であり、機器又は隣接機器の電池又は他の構成要素へ電力又はエネルギーを供給するために、モバイル機器のＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポート等の電気的なポートとインターフェースし得る。他の実施例において波長選択光起電素材は、機器表示積層体により一体化された形式をとり得る。図解するために、本明細書においてはモバイル機器を例に説明するが、本発明は、表示装置を有する他の機器にも同様に適用できる。

本明細書で説明される波長選択光起電素材は、表示装置に対して配置され、又は表示装置に一体化されることが可能であり、表示装置で生成される発光（又は反射光）のピーク周辺を選択的に吸収する光起電素材を含む。したがって光起電素材は、実質的な遮断又は知覚的影響、或いは表示装置に表示されるコンテンツの発光（又は反射）に影響を生じさせることなく、表示装置の表面の一部又は全体を覆うことができる。幾つかの実施例において光起電素材は、表示装置を有する機器の非表示部も覆うことができる。図解することだけを目的として、非表示部は、例えばフレーム、端部、背面又は側面であり得る。光起電素材によって吸収される光は、表示装置の内部、又は外部環境から表示装置に入射する光を光源とすることができる。波長選択光起電素材で生ずる光起電作用は、機器又は隣接機器の電力を供給するために使用され得る。これは、例えば電池若しくはキャパシタを充電すること、又は特定の電子部品を直接駆動すること等を通じて具現され得る。いくつかの実施例において波長選択光起電素材は、電圧及び電流の出力を調節する幾つかの電力装置の構成に組み込まれ得る。

他の実施例において波長選択光起電素材は、さらに感知機能のために利用され得る。この場合、波長選択光起電素材は、特有の感知部を提供するために表示領域の全域で画素化又はセグメント化され、その各部の電圧及び電流の出力は、例えば手や指などの外部環境によって、その部分が入射光に対して陰になる又は部分的に陰になることによって変化し得る。

一般に表示装置は、可視光（すなわち光子の波長がおよそ４５０〜６５０ｎｍ）の形で画像及び文字列を人間の目が感知することを可能にする。この可視光は、発光（発光ダイオード（ＬＥＤ）若しくは液晶表示装置（ＬＣＤ）の表示）若しくは反射光（電気泳動表示装置、又は紙等の基材上に印刷されたインクや染料）という形で表示装置から人間の目へ供給される。多くの場合、この表示装置からの発光又は反射光は、多数の区別できる波長範囲又はピークに分解され得る。例えば一般的なＬＥＤ表示装置又は液晶表示装置は、赤色のピーク（６３５〜７００ｎｍ）、緑色のピーク（４９０〜５６０ｎｍ）、青色のピーク（４５０〜４９０ｎｍ）を有する。これらのピークは、表示装置から全波長分布の色の知覚を生じさせるために合成される。

したがって本発明において表示装置の視認性を維持するために、表示装置の中又は上側に設けられる波長選択光起電素材は、発光又は反射光によって生成されるピーク周辺に選択的に構築される一又は複数の吸収ピーク（対応する透過極小）を有する（波長選択光起電素材は、対応する局部的な吸収極小及び透過極大を有する。）。波長選択光起電素材の選択的吸収作用は、波長選択光起電素材の吸収ピークの大きさが、表示装置が有する有意な発光又は反射光の波長範囲における波長選択光起電素材の吸収特性より大きいことを意味すると理解されるであろう。

本明細書の上記において言及されるように、透明な光起電素材は、波長選択光起電素材の一種であり、本明細書において図解する目的にのみ用いられ、波長選択光起電素材の用語を限定乃至減縮するものではない。図１Ａは、図解する目的だけで吸収作用の一例を図示したものであり、前述した可視的に透明な光起電素材の吸収作用に表示発光又は表示反射光の一例を重ねて図示したものである。この実施例において可視的に透明な光起電素材は、波長分布の可視領域（およそ４５０〜６５０ｎｍ）の外側に２つの吸収ピークだけを有し、吸収ピーク１つは紫外線（ＵＶ）領域（およそ４５０ｎｍ以下）にあり、もう１つは近赤外線（ＮＩＲ）領域（およそ６５０ｎｍ以上）にある。この透明な光起電素材の吸収ピークの大きさは、４５０〜６５０ｎｍ（透明領域（網掛け図示した領域））の波長における透明な光起電素材の吸収作用よりも大きい。波長選択光起電素材は一般に、及び当該実施例において、透明な光起電素材は、吸収された光を電気エネルギーに変換する。

表示装置は、波長選択光起電素材が光エネルギーを採取して機器の他の部分（例えば電池又は他の機能）に電力を供給する間、ユーザが観ることができる。視認性は、表示装置から発光され、波長選択光起電素材を通り抜けて視聴者の目に到達する可視光を通じて、或いは波長選択光起電素材を通り抜けて機器に到達し、反射して波長選択光起電素材を通り抜けて視聴者の目に到達する周辺光の反射を通じて実現される。

図１Ｂは、図解する目的だけで吸収作用の他の一例を図示したものであり、前述した可視的に透明な光起電素材の吸収作用に表示発光又は表示反射光の一例を重ねて図示したものである。図１Ｂの光起電素材は、フラーレンＣ６０及びクロロアルミニウム・フタロシアニン（ＣｌＡｌＰｃ）半導体をベースとする分子光起電素材である。この分子光起電素材は、２０１２年１月２５日に出願され、２０１２年７月２６日に公開された米国特許出願第２０１２０１８６６２３号（発明の名称：透明な光起電セル）に記載されており、その内容は、本明細書において参照することにより、その全ての内容が本明細書において説明するものとして本明細書に組み込まれる。

図１Ｃは、吸収作用の一例であり、波長選択光起電素材の吸収作用に表示発光又は反射光の一例を重ねて図示したものである。図１Ｃは、相補的な波長選択光起電素材の吸収作用が加味された表示発光の他の組み合わせの一般化された例であるが、これに限定されるものではない。この一例において表示装置は、３つの発光極大を有する（これは４つの吸収極小の領域も定義する。）。波長選択光起電素材の吸収作用は、（１）〜（４）の相補的な吸収ピーク／範囲（及びそれぞれの極小）を考慮して設計される。
（１）第１表示発光ピーク／範囲より下の波長における吸収ピーク又は範囲
（２）第１表示発光ピーク／範囲と第２表示発光ピーク／範囲の間の波長における吸収ピーク又は範囲
（３）第２表示発光ピーク／範囲と第３表示発光ピーク／範囲の間の波長における吸収ピーク又は範囲
（４）第３表示発光ピーク／範囲より上の波長における吸収ピーク又は範囲
発光極大の数は、図解を目的としてのみ図示され、その数は、表示装置に対して可変である。

図２は、波長選択光起電素材２０５を含む反射型の表示積層体２００の一例を図示したものである。波長選択光起電素材２０５は、反射表示ユニット（ＲＤＵ）２１０の上に重ねて設けられている。反射表示ユニット（ＲＤＵ）２１０は、例えば電気泳動、電子ペーパー等であり得る。一実施例において表示積層体２００は、波長選択光起電素材２０５の上に表示層２１５を含み得る。表示層２１５は、タッチパネル、光学層、障壁層、反射防止層、フロントライトユニット、前面ガラス等のいずれか一又はこれらを組み合わせたものである。他の実施例において表示積層体２００は、波長選択光起電素材２０５の下に表示層２２０を含み得る。表示層２２０は、タッチパネル、光学層、反射防止層、照明ユニット、カラーフィルタ等のいずれか一又はこれらを組み合わせたものである。他の実施例において表示積層体２００は、必要に応じて適宜、上記の表示層２１５及び表示層２２０を含み得る。

一実施例において波長選択光起電素材２０５は、表示積層体２００の中の個別部品である。他の実施例において波長選択光起電素材２０５は、表示積層体２００の外側に着脱可能な個別部品である。例えば、ケース、カバー又はその他の類似構造物である。他の実施例において波長選択光起電素材２０５は、表示積層体２００の既存の層の上に施されたコーティングである。この既存の層は、例えばタッチパネル層、光学層、障壁層、反射防止層、フロントライトユニット、前面ガラス、表示ユニット等である。他の実施例において波長選択光起電素材２０５は、表示積層体２００の既存の層の中に埋め込まれ得る。この既存の層は、例えばタッチパネル層、光学層、障壁層、反射防止層、フロントライトユニット、前面ガラス、表示ユニット等である。

反射光表示積層体２００において表示装置は、視聴者の目２２５への周囲光の反射によって機能する。波長選択光起電素材２０５は、入射する非可視光（例えば紫外線及び／又は近赤外線）の大部分を選択的に吸収して電気エネルギーへ変換（図２に示されている実線の矢印から波線の矢印への遷移）する際に、可視光の大部分を透過させることによって表示装置の機能を維持する。

図３Ａは、波長選択光起電素材３０５を含む発光型表示積層体３００を図示したものである。波長選択光起電素材３０５は、発光表示ユニット（ＥＤＵ）３１０の上に重ねて設けられている。発光表示ユニット（ＥＤＵ）３１０は、例えば液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、ＬＥＤ表示装置等であり得る。一実施例において表示積層体３００は、波長選択光起電素材３０５の上に表示層３１５をさらに含み得る。表示層３１５は、タッチパネル、光学層、障壁層、反射防止層、フロントライトユニット、前面ガラス等のいずれか一又はこれらを組み合わせたものであり得る。他の実施例において表示積層体３００は、波長選択光起電素材３０５の下に表示層３２０をさらに含み得る。表示層３２０は、タッチパネル、光学層、反射防止層、照明ユニット、カラーフィルタ等のいずれか一又はこれらを組み合わせたものであり得る。他の実施例において表示積層体３００は、必要に応じて適宜、上記の表示層３１５及び表示層３２０を含み得る。

一実施例において波長選択光起電素材３０５は、表示積層体３００の中の個別部品である。他の実施例において波長選択光起電素材３０５は、表示積層体３００の外側に着脱可能な個別部品である。例えば、ケース、カバー又はその他の類似構造物である。他の実施例において波長選択光起電素材３０５は、表示積層体３００の既存の層の上に施されたコーティングである。この既存の層は、例えばタッチパネル層、光学層、障壁層、反射防止層、フロントライトユニット、前面ガラス、表示ユニット等である。他の実施例において波長選択光起電素材３０５は、表示積層体３００の既存の層の中に埋め込まれ得る。この既存の層は、例えばタッチパネル層、光学層、障壁層、反射防止層、フロントライトユニット、前面ガラス、表示ユニット等である。図３Ｂは、波長選択光起電素材がカラーフィルタとして機能するときの所望の発光ピークの一例を図示したものである。この例においてバックライトは、所望の発光ピークを生じさせるために、波長選択光起電素材の吸収作用によってフィルタされる。

発光型表示積層体３００において表示装置は、表示ユニットからの発光が視聴者の目３２５に到達することによって機能する。波長選択光起電素材３０５は、外部から入射する非可視光（例えば紫外線及び／又は近赤外線）の大部分を選択的に吸収して電気エネルギーへ変換（図３Ａに示されている実線の矢印から波線の矢印への遷移）する際に、可視光の大部分を透過させることによって表示装置の機能を維持する。

幾つかの実施例において機器は、多様な異なる照明環境にさらされるだろう。それ故、波長選択光起電素材は、直射日光、周辺太陽光及び／又は人工光を採取するために使用され得る。波長選択光起電素材からの電力出力は、その光の照度及び光スペクトルによって様々である。波長選択光起電素材は、様々な照明条件に対し、目的とする光源に適合させるために、波長選択光起電半導体のスペクトル感度／吸収作用を修正することによって最適に設計され得る。図４は、紫外線／近赤外線に対して選択的である透明な光起電素材の様々な太陽光照度の下における相対的な性能のグラフの一例を図示したものである。これは、２０１２年１月２５日に出願され、２０１２年７月２６日に公開された米国特許出願第２０１２０１８６６２３号（発明の名称：透明な光起電セル）に記載されており、その内容は、本明細書において参照することにより、その全ての内容が本明細書において説明するものとして本明細書に組み込まれる。上記の様々な太陽光照度は、直射日光（１００ｍＷ／ｃｍ²）及びより照度が低い周辺太陽光（＜１００ｍＷ／ｃｍ²）に対応する。ＰＣＥは電力変換効率であり、ＦＦは曲線因子であり、Ｖｏｃは開回路電圧であり、Ｊｓｃは短絡回路電流である。図５Ａ〜５Ｃは、紫外線／近赤外線に対して選択的な光起電素材の様々な人工の光源の下における相対的な性能のグラフの例を図示したものである。様々な人工の光源は、図５Ａの白熱電球、図５ＢのＬＥＤ電球、図５Ｃの蛍光灯を含む。

図６Ａ及び図６Ｂは、波長選択光起電素材の一実施例として、モバイル機器６０５に組み込まれたケース６００を図示したものであり、取り外した形態と取り付けた形態とをそれぞれ図示したものである。例えばケース６００は、あらゆるモバイル機器に使用可能な市販品であり得る。幾つかの実施例においてケース６００は、プラスチック、金属、可撓性材料等から製造され得る。

図７Ａ〜図７Ｆは、取り外した状態のケース７００を異なる角度から図示したものである。図７Ａは、ケース７００の正面図であり、パワーエレクトロニクスの領域及び機器への電気的接続（７０５）を表現したものである。図７Ｂは、ケース７００の側面図であり、モバイル機器に装着するためのリップスナップ７１０等の係合保持構造を表現したものである。図７Ｃ及び図７Ｄは、ケース７００の上面図及び底面図である。図７Ｅは、ケース７００の背面図であり、モバイル機器に装着するためのリップスナップ７１０等の係合保持構造を表現したものである。図７Ｆは、ケース７００の他方の側面図であり、モバイル機器に装着するためのリップスナップ７１０等の係合保持構造を表現したものである。図８Ａ〜図８Ｆは、モバイル機器８０５に取り付けた状態のケース８００を異なる角度から図示したものである。

図９は、ケース９００の正面図であり、透明な光起電モジュール又はアセンブリのための表示領域９０５、及びパワーエレクトロニクス及び本明細書においてさらに説明するモバイル機器への電気的接続のための領域９１０を図解したものである。図１０は、ケース１０００の背面図であり、モバイル機器の頂部に位置合わせされるリップスナップ１００５、透明な光起電モジュールのための表示領域１０１０、透明な光起電モジュールを接着剤又はエポキシ樹脂を用いて支持するための端部１０１５、透明な光起電モジュールの頂部を下部の電気的接続部に配線するために右側部及び左側部に設けられている溝１０２０、及びモバイル機器及び電気的接続部を収容するために設けられている下部空洞１０２５を図解したものである。

図１１は、図８Ｅに図示されているモバイル機器８０５に取り付けられたケース８００のＡ−Ａ'線断面を図示した断面図である。より具体的には図１１は、モバイル機器１１０５に取り付けられたケース１１００を図示したものである。ケース１１００は、限定されないが例えば接着剤や機械的結合等（１１２０）を用いて端部１１１５へ接続される波長選択光起電モジュール又はアッセンブリ１１１０を含む。端部１１１５は、配線及び／又は電子機器１１１９を配置するための空洞１１１７をさらに含む。配線１１１９は、例えば図１０に図示されているように、下部空洞１０２５の電子機器及びコネクタへ接続するために溝１０２０を通じて案内される。

波長選択光起電モジュール又はアッセンブリ１１１０は、例えば底面ガラス１１３０等の基材の上に設けられる波長選択光起電素材１１２５を含む。他の基材、例えば表面ガラス１１３５は、波長選択光起電素材１１２５を覆うように配置されているが、波長選択光起電素材１１２５からは物理的に隔離されている。幾つかの実施例において、波長選択光起電素材１１２５に対して表面ガラス１１３５を分離しつつ支持するために、表面ガラス１１３５と波長選択光起電素材１１２５との間にエポキシ樹脂面シールが用いられ、或いは表面ガラス１１３５と波長選択光起電素材１１２５（１１３７）との間に屈折率整合ゲルが用いられ、表面ガラス１１３５と波長選択光起電素材１１２５との間に間隔が維持される。表面ガラス１１３５は、上記説明したように端部１１１５へ接続される。電極１１４０は、波長選択光起電素材１１２５へ接続され、かつ半田付け等の電気的接続１１４５によって配線１１１９へ接続されている。電極１１４０は、例えば薄膜電極等であり得る。エポキシ樹脂端部シール１１５０等は、電極１１４０に対して表面ガラス１１３５を接続し、かつ分離しつつ支持するために用いられる。本明細書で説明した幾つかの実施例において、基材は、プラスチック、ガラス又は柔軟性のある素材であり得る。他の実施例において波長選択光起電モジュールの背面は、屈折率の整合及び／又はグレア低減のためにモバイル機器の表示装置と整合させる接着又はテクスチャリング構造を含み得る。

図１２は、本明細書で説明する実施例に関する電子機器の上位レベルのダイアグラム及び電子機器の機能性の一例を図示したものである。波長選択光起電モジュール１２００は、電子モジュール１２１０に接続され、電子モジュール１２１０は、電力管理モジュール１２２０に接続されている。電力管理モジュール１２２０は、モバイル機器の中のエネルギー蓄積装置１２３０及び電子機器１２４０へ接続されている。具体的には、波長選択光起電モジュール１２００によって発電された電力は、モバイル機器の中のエネルギー蓄積装置１２３０（例えば電池やキャパシタ）の充電に使用可能であり、又は電子機器１２４０の電力として直接使用され、或いは両方同時に可能である。幾つかの実施例において電子モジュール１２１０は、（例えば電池又はキャパシタのために、及び／又は機器内の特定の電子機能に電力を供給するために、）波長選択光起電モジュール１２００から供給される直流電圧をモバイル機器内で利用するのに適切な電圧に変換する昇圧コンバータ及び／又は降圧コンバータを包含し得る。電子機器１２４０は、照明条件及び光起電の電流−電圧性能に応じて波長選択光起電モジュール１２００を最適に動作させるために、最大電力点追尾（ＭＰＰＴ）も含み得る。変換された光起電の出力電力は、電力管理ユニット１２２０を通じて、後の使用のためにエネルギー蓄積装置１２３０に充電されるか、又は電子機器１２４０の即時の利用のために電力供給される。

図１３は、波長選択光起電モジュール１３１０及び電気コネクタ１３２０を含むケース１３００の一実施例を図示したものである。図１６及び図１７は、図１３の電気コネクタ１３２０を異なる視点から図示したものである。電気コネクタ１３２０は、どのような電気コネクタでもよく、特に限定されないが、例えばＵＳＢポート、ポート、プラグ、ソケット等である。

図１３及び図１４に図解されているように、一実施例において光起電素材は、個々の光起電セルで構成され、光起電セルは、幾つかの直列又は並列接続の組み合わせで、一体的又は他の方法で接続される。光起電素材は、底面電極、活性層及び上面電極を相加的にパターン化するように、シャドーマスキング、スクライビング、レーザースクライビング又はリソグラフィによってパターン化され得る。この相加的なパターン化は、直列結合された各セルの間に正極と負極との接続が形成されるように、及び並列結合された各セルの間に正極同士の接続又は負極同士の接続が形成されるように行われる。一般に直列結合されたセルは、各セルの電圧のおおよその総和をもたらし、他方、並列結合されたサブセルは、各セルの電流のおおよその総和をもたらす。サブセル間の領域は、電力出力が最大になり、かつ視覚が最小になるように最小限にすべきである。幾つかの実施例においてブロッキング及び並列ダイオードは、電気のバッファリングの放電及び遮光効果を阻止するためにそれぞれ併合され得る。そのダイオードは、適切なアレイ設計によって、視覚影響を生じさせることなくアレイ周辺に容易に統合され得る。

図１４は、波長選択光起電素材１４００の一実施例を図解する目的だけで図示したものであり、底面電極１４０５、活性層１４１０及び上面電極１４１５を含む素子層の重なりパターンを図解したものである。波長選択光起電素材１４００は、直列結合された２３８個のサブセルからなるアレイモジュールである。一般に直列結合されたセルは、各セルの電圧のおおよその総和をもたらし、他方、その電流は、サブセルのそれぞれを通じて調和される。図１５には、個々のサブセルの性能と同様に、総モジュールの電圧−電流性能が表されている。太陽光の強度０．０２５において、サブセルの開回路電圧は０．３５Ｖであり、総モジュールの開回路電圧は５８Ｖである。予想される電圧の総和は、１４０ｃｍ²のモジュール全域でサブセルが生み出すおおよそ７０％に相当する。サブセルを通じて流れる電流は、同様に、全モジュールを通じて流れる電流に整合する。

図１８Ａ〜図１８Ｃは、波長選択光起電モジュール１８０５を含むケース１８００の配線接続の一例を図示したものである。波長選択光起電モジュール１８０５は、密閉され、及び／又はケース構造又はエッジ１８１５へ縁シールされる。電線１８２０は、半田、導電接着剤又はエポキシ（１８２５）を用いて波長選択光起電モジュール１８０５へ接続され、密閉又は縁シール１８１０を通じて、下部ハウジング１８３０の中の電気コネクタへガイド１８３５を介して配線される。図１９Ａ及び図１９Ｂは、持ち上げられた状態の波長選択光起電モジュール１９００とケース１９１０を図示したものであり、光起電素材の容器封入を図解したものである。図２０は、周辺光における波長選択光起電ケース２０００の発電（開回路直流電圧）の実証を図解したものである。

図２１Ａ及び図２１Ｂは、一体化された波長選択光起電素材２１０５を含むモバイル機器２１００の一例を図示したものであり、分解した状態及び組み立てた状態をそれぞれ図示したものである。一体化された波長選択光起電素材２１０５は、表示積層体の中の層であり、又は表示積層体内の表示層に埋め込まれ得る。ケースとして併合された波長選択光起電素材に関する本明細書の記載は、統合された実施例に同様に適用できる。統合された実施例の実装は、本明細書で説明した技術に加えて、本明細書に記載されていないが当業者に知られている他の実装技術を用いる。

図２２Ａ〜図２２Ｅは、一体化された波長選択光起電コーティングを含む反射型の（例えば電気泳動の）表示装置を有する電子機器の一例を図解する目的だけで図示したものである。図２２Ａは、基準となる電子機器の一例であり、光起電機器が装着されていない電子機器である。図２２Ｂは、不透明又は可視光吸収性を有する光起電素材を含む電子機器の一例である。図示のように、図２２Ａと図２２Ｂとの間には、視覚的な相違がある。図２２Ｃ〜図２２Ｅは、多様な角度において紫外線／近赤外線を選択的に吸収する可視的に透明な光起電素材を含む電子機器の一例を図示したものである。上記説明したように波長選択光起電素材を用いることで、図示のように、視覚的な相違が実質的に最小化される。

本明細書において説明したように、本明細書において説明した方法は、特定の機能を発揮する特定の構成要素に限定されず、及び提示された方法の幾つかのステップは、必ずしも図示された順に発生する必要はない。例えば幾つかの事例において、２つ以上の方法のステップは、異なる順番又は同時に発生し得る。さらに説明した方法の幾つかのステップは、任意的であり（たとえ任意的であると明確に記載されていなくても）、従って省略し得る。本明細書で説明したこれら及び他のバリエーションは、本明細書で説明した特に波長選択光起電素材の説明及び同種の電子機器を考慮して、すぐに理解されるのであり、それらは本発明の範囲内であるとみなされる。

特徴及び構成要素は、特定の組み合わせで上記説明されているが、特徴又は構成要素の各々は、他の特徴又は構成要素を除外して単独で、又は様々な組み合わせで他の特徴及び構成要素とともに又はそれらを除外して使用され得る。

Claims (43)

1. 機器の表示装置で生成される少なくとも１つの発光又は反射ピーク周辺の光を吸収するように構成されている波長選択光起電モジュールを備え、
   前記波長選択光起電モジュールは、吸収した光を電気エネルギーに変換するように構成されている、装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記波長選択光起電モジュールへ接続され、前記波長選択光起電モジュールによって発電された電気エネルギーを処理して前記機器へ供給する電子モジュールをさらに備える、装置。
3. 請求項１に記載の装置において、前記波長選択光起電モジュールは、外部の光源から前記表示装置に入射する光を吸収するように構成されている、装置。
4. 請求項１に記載の装置において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示装置で生成される複数の発光又は反射ピーク周辺の光を選択的に吸収するように構成されている、装置。
5. 請求項１に記載の装置において、前記波長選択光起電モジュールは、約４５０ｎｍより低くかつ約６５０ｎｍより高い少なくとも１つの吸収ピークを有するように構成されている、装置。
6. 請求項１に記載の装置において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示装置の表示積層体の中の個別部品である、装置。
7. 請求項６に記載の装置において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示積層体の中で屈折率が整合される、装置。
8. 請求項１に記載の装置において、前記波長選択光起電モジュールは、前記機器の外側に着脱可能に取り付けられる、装置。
9. 請求項８に記載の装置において、前記波長選択光起電モジュールを支持するように構成されているハウジングをさらに備え、
   前記ハウジングは、前記機器へ機械的に接続するように構成され、
   前記ハウジングは、前記機器へ電気的に接続するように構成されている、装置。
10. 請求項８に記載の装置において、屈折率の整合及びグレア低減のために前記波長選択光起電モジュールの背面に設けられている層をさらに備える、装置。
11. 請求項８に記載の装置において、グレア低減のために前記波長選択光起電モジュールに設けられている少なくとも１つの反射防止層をさらに備える、装置。
12. 請求項１に記載の装置において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示装置の表示積層体の中の層のコーティングである、装置。
13. 請求項１２に記載の装置において、前記表示積層体の中の前記層は、前記表示積層体の中で屈折率が整合される、装置。
14. 請求項１２に記載の装置において、前記表示積層体の中の前記層は、タッチパネルである、装置。
15. 請求項１２に記載の装置において、前記表示積層体の中の前記層は、カラーフィルタである、装置。
16. 請求項１２に記載の装置において、前記表示積層体の中の前記層は、前記表示装置である、装置。
17. 請求項１に記載の装置において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示装置の表示積層体の中の層の中に埋め込まれている、装置。
18. 請求項１７に記載の装置において、前記表示積層体の中の前記層は、前記表示積層体の中で屈折率が整合される、装置。
19. 請求項１７に記載の装置において、前記表示積層体の中の前記層は、タッチパネルである、装置。
20. 請求項１７に記載の装置において、前記表示積層体の中の前記層は、カラーフィルタである、装置。
21. 請求項１７に記載の装置において、前記表示積層体の中の前記層は、前記表示装置である、装置。
22. 請求項１に記載の装置において、前記波長選択光起電モジュールは、異なる照明環境に整合するように調整される、装置。
23. 請求項１に記載の装置において、前記波長選択光起電モジュールは、複数のセルである、装置。
24. 光起電機能を提供する方法であって、
    機器の表示装置によって生成される少なくとも１つの発光又は反射ピーク周辺の光を吸収するように波長選択光起電モジュールを構成すること、
    吸収した光を電気エネルギーに変換するように前記波長選択光起電モジュールを構成すること、を含む、方法。
25. 請求項２４に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールによって発電された電気エネルギーを処理して前記機器へ供給する電子モジュールを前記波長選択光起電モジュールへ接続すること、をさらに含む、方法。
26. 請求項２４に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、外部の光源から前記表示装置に入射する光を吸収するように構成されている、方法。
27. 請求項２４に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示装置で生成される複数の発光又は反射ピーク周辺の光を選択的に吸収するように構成されている、方法。
28. 請求項２４に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、約４５０ｎｍより低くかつ約６５０ｎｍより高い少なくとも１つの吸収ピークを有するように構成されている、方法。
29. 請求項２４に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示装置の表示積層体の中の個別部品である、方法。
30. 請求項２４に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、前記機器の外側に着脱可能に取り付けられる、方法。
31. 請求項２４に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示装置の表示積層体の中の層のコーティングである、方法。
32. 請求項２４に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示装置の表示積層体の中の層の中に埋め込まれている、方法。
33. 請求項２４に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、異なる照明環境に整合するように調整される、方法。
34. 請求項２４に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、複数のセルである、方法。
35. 機器の表示装置で生成される少なくとも１つの発光又は反射ピーク周辺の光を吸収するように構成される波長選択光起電モジュールを提供すること、
    前記波長選択光起電モジュールを前記表示装置とインターフェースすること、
    前記波長選択光起電モジュールによって、吸収した光を電気エネルギーに変換すること、を含む、方法。
36. 請求項３５に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールによって発電された電気エネルギーを処理して前記機器へ供給する電子モジュールを前記波長選択光起電モジュールへ接続することを含む、方法。
37. 請求項３５に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示装置で生成される複数の発光又は反射ピーク周辺の光を選択的に吸収するように構成されている、方法。
38. 請求項３５に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、約４５０ｎｍより低くかつ約６５０ｎｍより高い少なくとも１つの吸収ピークを有するように構成されている、方法。
39. 請求項３５に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示装置の表示積層体の中の個別部品である、方法。
40. 請求項３５に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、前記機器の外側に着脱可能にインターフェースされる、方法。
41. 請求項３５に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示装置の表示積層体の中の層のコーティングである、方法。
42. 請求項３５に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、前記表示装置の表示積層体の中の層の中に埋め込まれている、方法。
43. 請求項３５に記載の方法において、前記波長選択光起電モジュールは、複数のセルである、方法。

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