JP2019503224A - 透明導電層および太陽電池を備えた装飾複合体 - Google Patents
透明導電層および太陽電池を備えた装飾複合体 Download PDFInfo
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Abstract
(a)凸状に湾曲した領域を有するファセット面を含む透明な宝石と、
(b)凸状に湾曲した領域を有するファセット面に設けられた透明導電層と、
(c)波長選択層であって、
(c1)ファセット面とは反対側の平坦な表面、および
(c2)光電池に、設けられた波長選択層と、
(d)光電池と、
(e)接触感応式の電気回路と、を備える。
Description
(a)凸状に湾曲した領域を有するファセット面(ファセットカットされた表面)を含む透明な宝石と、
(b)凸状に湾曲した領域を有するファセット面に設けられた透明導電層と、
(c)波長選択層であって、
(c1)ファセット面とは反対側の平坦な表面、および
(c2)光電池に、設けられた波長選択層と、
(d)光電池と、
(e)接触感応式の電気回路と、を備える。
(1)凸状湾曲領域を有するファセット面を含む透明な宝石
(2)光電池
(3)波長選択層
(4)接着剤
(5)透明導電層
(5.1)〜(5.6)透明導電層の部分的領域
(6)導電接続部
(7)評価センサシステム
(8)指またはスタイラスの移動方向
(9)矢印方向の動き
(10)変更された矢印方向の動き
(11)装飾部品の全体
宝石は、例えば、透明なガラス、プラスティック、透明なセラミックまたは透明な宝石もしくは半貴石等、さまざまな材料で成形することができる。ガラスまたはプラスティックで成形された、ファセットカットされた透明宝石は、最も安価であり、最も容易に加工することができるので、本発明では好ましい。本発明ではガラスを使用することが特に好ましい。宝石は、凸状または凸凹状に湾曲した領域を有する。これは、ファセット面上の凸状湾曲領域に加えて、凹状領域も存在し得るということを意味する。宝石のファセット面とは反対側の表面は、(好適には)平坦であるか、あるいは凹状である。本発明によれば、平凸形状または平凸凹形状を有する宝石は、結晶性の太陽電池を最も安価に適用することができるので好ましい。特に好ましいのは、凸状、特に平凸形状の宝石である。
本発明は、ガラスが透明であるならば(上記参照)、原則的に、ガラスの組成に限定されない。「ガラス」とは、非晶質固体を構成する凍結した過冷却液体を意味する。本発明によれば、酸化物ガラスならびにカルコゲナイドガラス、金属ガラスまたは非金属ガラスの両方を利用することができる。オキシ窒化物ガラスもまた適している。ガラスは、一成分ガラス(例えば、石英ガラス)、二成分ガラス(例えば、ホウ酸アルカリガラス)または多成分(ソーダ石灰ガラス)ガラスであってもよい。ガラスは、溶融法、ゾル−ゲル法、または衝撃波によって作製することができる。これらの方法は当業者に知られている。本発明によれば、無機ガラス、特に酸化物ガラスが好ましい。これらには、ケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラスまたはリン酸塩ガラスが含まれる。鉛フリーガラスが特に好ましい。
(a)約35%〜約85重量%のSiO2
(b)0〜約20重量%のK2O
(c)0〜約20重量%のNa2O
(d)0〜約5重量%のLi2O
(e)0〜約13重量%のZnO
(f)0〜約11重量%のCaO
(g)0〜約7重量%のMgO
(h)0〜約10重量%のBaO
(i)0〜約4重量%のAl2O3
(j)0〜約5重量%のZrO2
(k)0〜約6重量%のB2O3
(l)0〜約3重量%のF
(m)0〜約2.5重量%のCl
(a)ファセットカットされた透明な宝石を作製するための別の原材料として、透明なプラスティックを用いることができる。モノマーの硬化後、透明となるすべてのプラスティックは、本発明において適したものであり、これらは当業者には十分に知られたものである。なかでも、以下の材料が用いられる。
・アクリルガラス(ポリメチルメタクリレート、PMMA)
・ポリカーボネート(PC)
・ポリ塩化ビニル(PVC)
・ポリスチレン(PS)
・ポリフェニレンエーテル(PPO)
・ポリエチレン(PE)
・ポリ−N−メチルメタクリルイミド(PMMI)
ファセットカットされた透明な宝石のデザイン形状は、原則的には制限されず、主にデザインの態様に依存する。宝石は、好ましくは正方形、矩形または円形である。ファセットカットされた透明な宝石は、好ましくは凸形状、特に平凸状(図1aおよび図1b参照)を有する。好適には、宝石は、好ましくは凸状湾曲面上に複数のファセット面(ファセットカットされた面)を含み、エネルギー収量(光量)の最大化に寄与するため、好ましくは矩形ファセット面、特に正方形ファセット面を有する。宝石は、凸状領域および任意的に追加された凹状領域を有し、全体の表面を増大させることによって光量を増大させることができる。透明導電層および波長選択層(後述)は、入射光の一部を反射または吸収するので、光量に悪影響を与えるが、特定の凸状領域および任意的な凹状領域を含む形状をファセット面と組み合わせることにより、光量の損失を補うことができる。特に、宝石の凸形状は、太陽電池のエネルギー収量の角度依存性の実質的な低減に寄与する。とりわけウェアラブル電子機器において、光源に対する方向付けがほとんど不可能である場合、角度依存性の低減は極めて重要である。凸形状とファセット面を組み合わせることにより、光起電力素子の表面に光ビームを集光させ、エネルギー収量を実質的に増大させる。同時に、角度依存性は、太陽電池を密封するために通常用いられる薄いプレートと比較して、劇的に低減する。ファセット面と、これに付随する追加的な領域と組み合わされた凸状湾曲形状により、装飾部品に入射する光ビームが太陽電池の法線に向かって屈折する。ファセット面により光ビームが多重反射するため(光閉じ込め効果)、光収量が増大する。
指または導電性スタイラスを用いた電子デバイスの機能の制御は、例えばタッチスクリーン等に用いられる接触感応式の電子回路によって実現することができる。好適には、本発明によれば、電子センサを有する電子回路は、静電容量式センサを備える。いわゆる静電容量式のセンサシステムは、接触感応式の電子回路として適している。静電容量式センサは、コンデンサおよび入力インターフェイスを有する電子部品を備える。装飾部品における入力インターフェイスは、導電層を有する宝石である。指または導電性スタイラスを用いて、入力インターフェイスを触ると、コンデンサの静電容量が変化する。こうした変化を電気的に検出し、別の電子制御部品を用いてさらに処理する。静電容量式センサおよび別の電子制御部品は、「評価センサシステム」と呼ばれる。
透明導電層を用いた評価センサシステムの機能制御は、さまざまな方法で実現することができる。1つの実施形態は、プッシュ式の入力手段である。プッシュ式の入力手段は、例えば評価センサシステムの機能である電子デバイスのスイッチオンまたはスイッチオフ(図2a)を、指または導電性スタイラス(8)で導電層に触ることにより作動させることができる。プッシュ式の入力手段では、透明な宝石の湾曲したファセット面の全体を透明導電層で覆う必要はない。透明導電層は、湾曲したファセット面の一部領域のみを覆うものであってもよい。
透明導電層は、評価センサシステムとの接続により、電子デバイスの機能を制御することができる。本発明によれば、好適にも、指またはスタイラスを用いて透明導電層に軽く触ることができるように宝石の湾曲したファセット面に形成されている。透明導電層の透明性は、輝き特性(ブリリアンシー特性)および太陽電池の性能の両方に影響を与える。したがって透明導電層は、好適には380〜1200nmの波長領域で透明であり、より好適には380〜850nmの波長領域で透明である。本発明によれば、透明導電層は、好適には少なくとも60%、より好適には少なくとも70%、さらにより好適には少なくとも80%の透過率を有する。
波長選択層により、装飾部品に輝き(ブリリアンシー)を与えることができる。波長選択層は、好適には、凸状湾曲領域を含むファセットカットされた透明な宝石と光起電力部品との間に設けられる。本発明によれば、好適には、波長選択層は、PVD法、CVD法、または湿式化学法によって形成された波長選択フィルムまたは波長選択コーティングによる2つの異なる方法で形成される。しかしながら、波長選択層は、同様に微細構造表面により得ることができる。微細構造形成方法は、当業者には広く知られている。
波長選択フィルムは、「Radiant Light Film」の名称で市販されている。これらは、他の材料に貼付可能な多層ポリマーフィルムである。これらの光学フィルムは、ブラッグミラーであり、可視光を高い反射率で反射し、鮮やかな色彩効果を生じる。数百ナノメートルの範囲内のレリーフ状の微細構造体は、異なる波長光を反射し、干渉現象が生じ、視野角の関数として色彩を変化させる。
コーティング材料は、当業者に広く知られている。本発明に係る好適な実施形態において、波長選択コーティングは、任意の順序で、金属および/または金属化合物の少なくとも一種を含み、金属化合物は、金属酸化物、金属窒化物、金属フッ化物、金属炭化物またはこれらの化合物の任意の順序による任意の組み合わせであって、既知の1つのコーティング方法によりファセットカットされた宝石に形成されるものである。さまざまな金属または金属化合物の連続した複数の層を積層することができる。コーティングを形成する方法およびコーティングそのものは、当業者に広く知られている。これらの方法には、中でも、従来技術に係るPVD(物理的気相成長法)、CVD(化学的気相成長法)、塗装コーティング法、および湿式化学法が含まれる。本発明では、PVD(物理的気相成長法)が好ましい(上記参照)。
光起電力素子(太陽電池)は、短波長放射エネルギー(通常、太陽光である)を直接電気エネルギーに変換する電子部品である。採用できる太陽電池の種類は、要求されるエネルギー供給量および特定の用途に依存する。本発明の用途において、無機太陽電池が特に適している。無機太陽電池は、半導体材料、最も一般的にはシリコンから製造される。さらに、特に、テルル化カドミウム、銅インジウムガリウムジセレニドおよびガリウムヒ素が用いられる。いわゆるタンデム太陽電池では、異なる半導体層、例えばインジウムガリウム砒素とインジウムガリウムリンとを組み合わせたものが用いられる。
さまざまな材料および形状を有する装飾部品(装飾エレメント)について調査を行った。さまざまな太陽電池および光学素子を用いて、複数の装飾部品を作製した。本発明に係る実施例には、さらに波長選択層を設けた。
SunPower社の型番C60(10mm×10mm)の太陽電池セルを用いた。
D.スワロフスキー,カーゲー社から市販されているChessboard Flat Back 型番2493の部品(30mm×30mm)を用いて、ガラス製の宝石として、当業者に知られた方法で作製した。
C2〜C5の光学部品は、12mmのエッジ長さおよび多少湾曲した角部を有する正方形のベース領域を有するファセットカットされた本体部である。ベース領域上に45°の角度の面取りを設けたので、実際に残っているベース領域は10mm×10mmである。正方形状に配置された25個のファセット面を有するファセットカットされた上側部分は、球状部品を構成する。本体部全体の高さは5.56mmであり、角端部の高さは1.93mmである。
太陽電池、光学部品、波長選択層、透明電電層、および評価センサシステムを用いて、本発明に係る実施例を準備した。
太陽電池は、Sunpower(登録商標)の型番C60を用いた。Sunpower(登録商標)型番C60の太陽電池は、29.3mm×29.3mmの寸法に切断された。寸法切断の方法は、当業者に広く知られている。
D.スワロフスキー,カーゲー社の非反射型のChessboard Flat Back 型番2493をガラス製の光学部品として用いた。
ガラス製の光学部品は、30mmのエッジ長さおよび多少湾曲した角部を有する正方形のベース領域を有するファセットカットされた本体部である。ファセットカット上側部分は、凸状に湾曲する領域を有していた。本体部の全体の高さは8mmであり、角部の高さは2.7mmであった。
Evatec社の型番BAK1101のPVD(物理的気相成長法)装置内で、ファセット面とは反対側の表面上のガラス製の光学部品に、波長選択層を形成(被膜)した。層構造は、表1に示すものと同じであった。ファセット面領域は、被膜されるべきではないが、被膜工程中、カバーが設けられていた。
酸化インジウムスズ(ITO)を透明導電層として、宝石の湾曲したファセット面に被膜した。FHR社の型番FHRline 400のPVDプラントを用いてスパッタリング法により被膜工程が行われた。平坦な表面は、被膜されるべきではなく、カバーされた。
被膜されたガラス製の光学部品は、市販されている透明UV硬化樹脂を用いて、ファセット面とは反対の平坦な面上にある太陽電池に接続された。底面に電極端子が設けられた太陽電池は、Kingboard社の回路基板KB-6160 FR-4Y KB 1.55に接触させ、正極端子および負極端子に接続された。波長選択層に隣接し、透明導電層が被膜された横向きのファセット面は、Z-Axis社から市販されている導電ゴムZ-Wrapを用いて回路基板に電気的に接続された。Azoteq社から市販されているタッチコントローラIQS228ASは、回路基板の裏面を介して、導電線を用いて電気的に接続された。タッチコントローラは、回路基板に半田付けされた。導電線を介してタッチコントローラIQS228ASに電源を供給し、タッチコントローラIQS228ASからの信号を別の導電線を介して送信し、タッチコントローラIQS228ASからの電流をさらに別の導電線を介して供給するために、多極ケーブルが、回路基板の裏面に接続された。この構造体は、ポリカーボネート製のプラスティックハウジングによって包囲された。多極ケーブルは、ハウジングに設けた開口部を介してハウジングの外側に引き出された。
Claims (15)
- 装飾部品であって、
(a)凸状に湾曲した領域を有するファセット面を含む透明な宝石と、
(b)凸状に湾曲した領域を有するファセット面に設けられた透明導電層と、
(c)波長選択層であって、
(c1)ファセット面とは反対側の平坦な表面、および
(c2)光電池に、設けられた波長選択層と、
(d)光電池と、
(e)接触感応式の電気回路と、を備えた装飾部品。 - 宝石は、ガラスまたはプラスティックで形成された、請求項1に記載の装飾部品。
- 宝石は、平凸形状または平凸凹形状を有する、請求項1に記載の装飾部品。
- (b)透明導電層は、Cr、Ti、Zr、酸化インジウムスズ、アルミニウムドープ酸化亜鉛、酸化ガリウム亜鉛、酸化チタン亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、酸化アンチモンスズ、酸化タンタルスズ、酸化チタンニオブ、またはこれらの化合物の任意の組合せのうちの少なくとも一種の化合物を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の装飾部品。
- (b)透明導電層は、湾曲ファセット面の少なくとも2つの分離した領域に設けられた、請求項1〜4のいずれか1項に記載の装飾部品。
- (b)透明導電層は、380〜1200nmの波長領域において透明である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の装飾部品。
- (b)透明導電層は、少なくとも60%の透過率を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の装飾部品。
- (c)波長選択層は、波長選択コーティングまたは波長選択フィルムから選択される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の装飾部品。
- (c)波長選択層は、少なくとも金属および/または金属化合物を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の装飾部品。
- (c)波長選択層は、380〜850nmの波長光の一部を反射する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の装飾部品。
- (c)波長選択層は、光ビームの入射角が0°であるときに測定された場合、400〜1200nmの波長帯域のうち反射間隔の外側にある帯域において、80%を超える平均透過率を有する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の装飾部品。
- Cr、Cr2O3、Ni、NiCr、Fe、Fe2O3、Al、Al2O3、Au、SiOx、Mn、Si、Si3N4、TiOx、Cu、Ag、Ti、CeF3、MgF2、Nb2O5、Ta2O5、SnO2、ZnO2、MgO、CeO2、WO3、Pr2O3、Y2O3;BaF2、CaF2、LaF3、NdF3、YF3;ZrO2、HfO2、ZnS;Alの酸窒化物、Siの酸窒化物、およびSnZnOの酸窒化物、またはこれらの化合物の任意の組合せからなる群から選択される少なくとも一種の化合物を含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の装飾部品。
- (d)光電池は、裏面接触型の太陽電池である、請求項1〜12のいずれか1項に記載の装飾部品。
- (e)接触感応式の電気回路は、静電容量型センサを有する、請求項1〜13のいずれか1項に記載の装飾部品。
- 電子デバイスの機能を制御し、電源を供給するための、請求項1〜14のいずれか1項に記載の装飾部品の利用。
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