JP2021036566A - 時計用ソーラーセル - Google Patents

Abstract

【課題】時計の表示パネルと重ねて使用するソーラーセルにおいて、表示パネルの色彩や模様の自由度を高める。
【解決手段】時計用ソーラーセル１０は、発電層１１の受光面１１ａを覆う着色層１２を備える。発電層１１は、緑色領域における光反射率が第１の反射率であり、青色領域における光反射率が第１の反射率よりも高い第２の反射率であり、赤色領域における光反射率が第１の反射率よりも高い第３の反射率である。着色層１２は、緑色領域における光透過率が第１の透過率であり、青色領域における光透過率が第１の透過率よりも低い第２の光透過率であり、赤色領域における光透過率が第１の透過率よりも低い第３の光透過率である。このように、発電層１１の色彩と着色層１２の色彩が相補の関係を有していることから、着色層１２を介して発電層１１から得られる反射光Ｂの彩度が低くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は時計用ソーラーセルに関し、特に、時計の表示パネルと重ねて使用するソーラーセルに関する。

近年、ソーラーセルを内蔵するソーラー発電式の時計が広く普及している。ソーラー発電式の時計は、電池の交換やゼンマイの巻き上げ動作が不要であるという利点を有している一方、ソーラーセルを表示パネルと重ねて配置すると、表示パネルの美観に影響を与えることがあった。

ソーラー発電式の時計において美観を確保する方法として、特許文献１の図３には、ソーラーセルの表面を塗料層によって覆う方法が提案されている。

特開２００１−２１７４４４号公報

しかしながら、特許文献１においては、反射光が青色である発電層の表面に青色顔料を有する塗料層を設けていることから、結果的に得られる反射光は、黄色および赤色が減少し、より青色が強くなる。このため、特許文献１に記載されたソーラーセルを文字盤などの表示パネルと重ねて使用すると、表示パネルの色彩が青色に限定されてしまい、表示パネルに任意の色彩や模様を与えることができないという問題があった。

したがって、本発明の目的は、時計の表示パネルと重ねて使用するソーラーセルにおいて、表示パネルの色彩や模様の自由度を高めることを目的とする。

本発明よる時計用ソーラーセルは、発電層と、発電層の受光面を覆う着色層を備え、発電層は、緑色領域を含む第１の波長領域における光反射率が第１の反射率であり、第１の波長領域よりも波長が短く、青色領域を含む第２の波長領域における光反射率が第１の反射率よりも高い第２の反射率であり、第１の波長領域よりも波長が長く、赤色領域を含む第３の波長領域における光反射率が第１の反射率よりも高い第３の反射率であり、着色層は、第１の波長領域と重なる第４の波長領域における光透過率が第１の透過率であり、第２の波長領域と重なる第５の波長領域における光透過率が第１の透過率よりも低い第２の光透過率であり、第３の波長領域と重なる第６の波長領域における光透過率が第１の透過率よりも低い第３の光透過率であることを特徴とする。

本発明によれば、発電層の色彩と着色層の色彩が相補の関係を有していることから、着色層を介して発電層から得られる反射光の彩度が低くなる。このため、ソーラーセルと重なるよう、文字盤や化粧板などの表示パネルを配置することにより、表示パネルに任意の色彩又は模様を与えることが可能となる。

本発明において、第１の波長領域と第４の波長領域が一致し、第２の波長領域と第５の波長領域が一致し、第３の波長領域と第６の波長領域が一致しても構わない。これによれば、着色層を介して発電層から得られる反射光の彩度をより低くすることが可能となる。

本発明において、第３の反射率は第２の反射率よりも高く、第３の透過率は第２の透過率よりも低くても構わない。第３の反射率が第２の反射率よりも高い場合、発電層単体では赤みを帯びた外観となるが、第３の透過率を第２の透過率よりも低くすることにより、赤みを薄くする、或いは、赤みを消すことが可能となる。

本発明において、第１の波長領域は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域を全て含んでいても構わない。発電層がシリコンからなる場合、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域の光に対する発電効率が高いため、この領域の光の透過率を高めることにより、発電効率の低下を抑えることが可能となる。

本発明において、着色層を介して発電層から得られる反射光は、ＪＩＳ Ｚ ８７８１−４に規定するａ^＊の値が−１〜＋２の範囲であり、ｂ^＊の値が−４〜０の範囲であっても構わない。反射光の色度がこの範囲であれば、表示パネルの色彩や模様の自由度を十分に高めることが可能となる。

このように、本発明によれば、時計の表示パネルと重ねて使用するソーラーセルにおいて、表示パネルの色彩や模様の自由度を高めることが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態によるソーラーセル１０の構成を説明するための模式的な断面図である。 図２は、発電層１１の反射率と波長との関係を示すグラフである。 図３は、着色層１２の理想的な透過率を示すグラフである。 図４は、着色層１２の好ましい透過率を示すグラフである。 図５は、黒色に着色した着色層１２の透過率を示すグラフである。 図６は、青色に着色した着色層１２の透過率を示すグラフである。 図７は、緑色に着色した着色層１２の透過率を示すグラフである。 図８は、発電層１１を種々の着色層１２によって覆った場合における色度の変化をＪＩＳ Ｚ ８７８１−４に規定する色空間を用いて説明する図である。 図９は、黒色に着色した着色層１２の透過率を示すグラフである。 図１０は、青色に着色した着色層１２の透過率を示すグラフである。 図１１は、緑色に着色した着色層１２の透過率を示すグラフである。 図１２は、図９〜図１１に示すスペクトルをＪＩＳ Ｚ ８７８１−４に規定する色空間上にプロットした図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるソーラーセル１０の構成を説明するための模式的な断面図である。

図１に示すように、本実施形態によるソーラーセル１０は、シリコンなどからなる発電層１１と、発電層１１の受光面１１ａを覆う着色層１２からなる。発電層１１は、着色層１２を介して入射する入射光Ａを受けて光電変換する半導体素子であり、発電層１１によって生成された電力は図示しないムーブメント又は電子回路に供給される。本実施形態によるソーラーセル１０は時計用のソーラーセルであり、ソーラーセル１０と光源の間には表示パネル２０が配置される。表示パネル２０は、文字盤、化粧板、液晶パネルなどからなり、現在時刻などを表示する役割を果たす。表示パネル２０にはデザイン性が求められるだけでなく、発電層１１に光が十分届くよう、光透過性も求められる。

着色層１２は、発電層１１を覆うことによってソーラーセル１０の色彩を調整する役割を果たす。着色層１２としては、発電層１１を覆う封止樹脂に顔料又は染料を添加したものを用いることができる。発電層１１がシリコンからなる場合、発電層１１自体は赤紫系の色彩を有していることが多い。このため、着色層１２が存在しない場合、使用者に届く反射光Ｂも赤紫系となり、デザインに制限が生じる。発電層１１が赤紫系の色彩を有しているのは、光電変換効率の良い波長領域が４５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域、特に５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域であり、この波長領域における成分が多く吸収されるためである。逆に、５００ｎｍよりも低い青色領域の成分、特に４５０ｎｍよりも低い青色領域の成分や、６００ｎｍよりも高い赤色領域の成分の多くは、光電変換されることなく反射するため、全体として赤紫系の色彩となる。

赤紫系の色彩を目立たなくする方法としては、表示パネル２０の光透過率を低くする方法が考えられるが、この場合、発電層１１による発電量が低下してしまう。そこで、本実施形態においては、発電層１１に対して相補の色彩を有する着色層１２によって発電層１１を覆うことにより、反射光Ｂの彩度を低下させている。

図２は、発電層１１の反射率と波長との関係を示すグラフであり、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域における反射率を示している。４００ｎｍを下限とし、７００ｎｍを上限としているのは、４００ｎｍよりも短い波長領域の光や、７００ｎｍよりも長い波長領域の光は、人間の目から見て色彩にほとんど影響を与えないからである。

図２に示すように、発電層１１は、約５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域（緑色領域）において反射率が低く、これよりも短い波長領域（青色領域）や、これよりも長い波長領域（赤色領域）における反射率が高い。特に、赤色領域における反射率が最も高く、その結果、全体として赤紫系の色彩となる。ここで、図２に示すスペクトルの平均反射率Ｃ０は約１０％であり、これを基準とすると、反射率が平均反射率Ｃ０より低い波長領域と高い波長領域に分けることができる。

図２に示す例では、４４０ｎｍ〜６３０ｎｍの波長領域Ｒ１において反射率が平均反射率Ｃ０よりも低く、４４０ｎｍ未満の波長領域Ｒ２や、６３０ｎｍ超の波長領域Ｒ３において反射率が平均反射率Ｃ０よりも高い。さらに、波長領域Ｒ１〜Ｒ３における平均反射率をそれぞれＣ１〜Ｃ３とした場合、
Ｃ１＜Ｃ２＜Ｃ３
を満たしている。

反射光がこのようなスペクトルを有する発電層１１に対し、着色層１２によって相補の色彩を与えるためには、理想的には、図３に示すように、透過光のスペクトルが図２に示す反射光のスペクトルとは完全に逆であればよい。つまり、４４０ｎｍ〜６３０ｎｍの波長領域Ｒ１において透過率が高く、４４０ｎｍ未満の波長領域Ｒ２や、６３０ｎｍ超の波長領域Ｒ３において透過率が低く、且つ、そのスペクトルが図２に示すスペクトルを完全に反転させたものであることが理想である。仮に、着色層１２の透過光がこのようなスペクトルを有している場合、図１に示す反射光Ｂからはほぼ完全に色彩が消える。実際には、このような着色層１２を作製することは困難であり、現実的ではないが、これに近いスペクトルを持った着色層１２を用いることにより、反射光Ｂの彩度を大幅に低減させることが可能である。

つまり、図４に示すように、波長領域Ｒ１〜Ｒ３における着色層１２の平均透過率をそれぞれＤ１〜Ｄ３とした場合、
Ｄ１＞Ｄ２、且つ
Ｄ１＞Ｄ３
を満たし、好ましくは、
Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３
を満たすよう、着色層１２に添加する顔料又は染料の種類及び量を調整する。これにより、反射光Ｂの彩度が低下し、赤みが薄くなる。つまり、使用者から見て反射光Ｂの色彩が薄く見えることから、表示パネル２０に任意の色彩又は模様を与えることが可能となり、デザイン性が向上する。しかも、波長領域Ｒ１は、光電変換効率の良い５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域、好ましくは、４５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域を完全に含んでおり、着色層１２はこの波長領域における透過率が高いことから、発電層１１による発電量の低下を最小限に抑えることも可能となる。

図５〜図７は種々の着色層１２の透過率を示すグラフであり、図５は着色層１２を黒色に着色した場合のスペクトルを示し、図６は着色層１２を青色に着色した場合のスペクトルを示し、図７は着色層１２を緑色に着色した場合のスペクトルを示している。

図５に示すように、着色層１２を黒色に着色した場合、透過率に波長依存性はほとんどなく、フラットなスペクトルとなる。このような着色層１２を用いた場合、反射光Ｂの彩度は低下するものの、発電効率が大きく低下してしまう。また、図６に示すように、着色層１２を青色に着色した場合、波長領域Ｒ３における透過率が低い（Ｄ１＞Ｄ３）ことから赤みは消えるものの、波長領域Ｒ１における透過率が高い（Ｄ１＜Ｄ２）ことから青みが強くなってしまう。

これに対し、図７に示すように、着色層１２を緑色に着色した場合、波長領域Ｒ１〜Ｒ３における透過率がＤ１＞Ｄ２＞Ｄ３を満たしていることから、発電層１１の色彩が効果的に相殺され、反射光Ｂの彩度を大幅に低下させることが可能となる。尚、波長領域Ｒ１〜Ｒ３を定義する波長については、必ずしも発電層１１の反射光のスペクトルを基準として定義する必要はなく、着色層１２の透過率のスペクトルを基準として定義しても構わない。図７に示す例では平均透過率Ｄ０は約５８％であり、これを基準として、平均透過率Ｄ０よりも透過率の高い領域を波長領域Ｒ１とし、平均透過率Ｄ０よりも透過率が低く、且つ、波長領域Ｒ１よりも波長の短い領域を波長領域Ｒ２とし、平均透過率Ｄ０よりも透過率が低く、且つ、波長領域Ｒ１よりも波長の長い領域を波長領域Ｒ３としても構わない。このように、発電層１１の反射率スペクトルによって定義される波長領域Ｒ１〜Ｒ３と、着色層１２の透過率スペクトルによって定義される波長領域Ｒ１〜Ｒ３が完全に一致していることは必須でなく、それぞれが部分的に重複していれば足りる。

図８は、発電層１１を種々の着色層１２によって覆った場合における色度の変化をＪＩＳ Ｚ ８７８１−４に規定する色空間を用いて説明する図である。

図８に示すＢ_０は、着色層１２で覆われていない発電層１１の色彩であり、ａ^＊の値が約＋４、ｂ^＊の値が約−４である。色空間におけるこの値は、赤紫系の色彩を示す。そして、図５に示す黒色に着色された着色層１２によって発電層１１を覆うと、符号Ｂ_１で示すように、ａ^＊の値が減少し、ｂ^＊の値が増加する。ａ^＊及びｂ^＊の変化は、着色層１２に添加する黒色顔料が多いほど大きくなる。着色層１２に添加する黒色顔料を十分に多くすれば、色度は原点（０，０）に近づくが、この場合、全体的な光透過率が大幅に低くなってしまう。一方、図６に示す青色に着色された着色層１２によって発電層１１を覆うと、符号Ｂ_２で示すように、ａ^＊及びｂ^＊の値がいずれも減少する。ａ^＊及びｂ^＊の変化は、着色層１２に添加する青色顔料が多いほど大きくなる。着色層１２に添加する青色顔料を多くすれば、ａ^＊の値の減少により赤みは薄くなるが、ｂ^＊の値の減少により青みが強くなる。

これに対し、図７に示す緑色に着色された着色層１２によって発電層１１を覆うと、符号Ｂ_３で示すように、ａ^＊の値が減少し、ｂ^＊の値が増加する。つまり、色空間における変化の傾向は、符号Ｂ_１と同じである。ａ^＊及びｂ^＊の変化は、着色層１２に添加する緑色顔料が多いほど大きくなるが、黒色顔料を用いた場合とは異なり、全体的な光透過率の減少を抑えつつ、ａ^＊及びｂ^＊の値を大きく変化させることがでる。着色層１２に添加する緑色顔料の量は、ａ^＊の値が−１〜＋２の範囲であり、ｂ^＊の値が−４〜０の範囲となるよう、調整することが好ましい。ａ^＊及びｂ^＊の値がこの範囲内であれば、反射光Ｂの彩度が十分に低くなり、表示パネルに任意の色彩又は模様を与えることが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

図２に示すスペクトルを有する発電層１１を種々の着色層１２で覆い、その反射光Ｂのスペクトルを測定した。結果を図９〜図１１に示す。図９は、着色層１２に黒色顔料としてエボニックデグザジャパン社製スペシャルブラックを添加した場合のスペクトルを示し、図１０は、着色層１２に青色顔料としてＤＩＣ社製ＦＡＳＴＯＧＥＮ ＢＬＵＥ ＰＡ５３８０を添加した場合のスペクトルを示し、図１１は、着色層１２に緑色顔料として大日精化工業製シアニングリーン５３７０を添加した場合のスペクトルを示している。

図９に示すスペクトルＢ_０は、発電層１１そのもののスペクトルであり、スペクトルＢ_１１〜Ｂ_１４の順に添加する黒色顔料の量を増やしている。図９に示すように、黒色顔料の量を増やすと、よりフラットなスペクトルとなるが、全体的な光透過率が大幅に低下することが分かる。

図１０に示すスペクトルＢ_０は、発電層１１そのもののスペクトルであり、スペクトルＢ_２１〜Ｂ_２３の順に添加する青色顔料の量を増やしている。図１０に示すように、青色顔料の量を増やすと、赤色領域における反射率が大幅に低下するが、青色領域における反射率があまり低下しないことが分かる。

図１１に示すスペクトルＢ_０は、発電層１１そのもののスペクトルであり、スペクトルＢ_３１〜Ｂ_３４の順に添加する緑色顔料の量を増やしている。図１１に示すように、緑色顔料の量を増やすと、赤色領域及び青色領域における反射率が低下する一方、緑色領域における反射率については大きく低下しないことが分かる。

図１２は、図９〜図１１に示すスペクトルをＪＩＳ Ｚ ８７８１−４に規定する色空間上にプロットした図である。また、各プロット点には、着色層１２を設けない場合を１００％とした発電効率も表示されている。図１２に示すように、緑色顔料を添加した場合、発電効率を８０％以上に維持しつつ、ａ^＊の値が−１〜＋２の範囲であり、ｂ^＊の値が−４〜０の範囲に調整することができる。

１０ 時計用ソーラーセル
１１ 発電層
１１ａ 受光面
１２ 着色層
２０ 表示パネル
Ａ 入射光
Ｂ 反射光

Claims (5)

1. 発電層と、前記発電層の受光面を覆う着色層を備える時計用ソーラーセルであって、
   前記発電層は、
   緑色領域を含む第１の波長領域における光反射率が第１の反射率であり、
   前記第１の波長領域よりも波長が短く、青色領域を含む第２の波長領域における光反射率が前記第１の反射率よりも高い第２の反射率であり、
   前記第１の波長領域よりも波長が長く、赤色領域を含む第３の波長領域における光反射率が前記第１の反射率よりも高い第３の反射率であり、
   前記着色層は、
   前記第１の波長領域と重なる第４の波長領域における光透過率が第１の透過率であり、
   前記第２の波長領域と重なる第５の波長領域における光透過率が前記第１の透過率よりも低い第２の光透過率であり、
   前記第３の波長領域と重なる第６の波長領域における光透過率が前記第１の透過率よりも低い第３の光透過率である、
   ことを特徴とする時計用ソーラーセル。
2. 前記第１の波長領域と前記第４の波長領域が一致し、前記第２の波長領域と前記第５の波長領域が一致し、前記第３の波長領域と前記第６の波長領域が一致することを特徴とする請求項１に記載の時計用ソーラーセル。
3. 前記第３の反射率が前記第２の反射率よりも高く、前記第３の透過率が前記第２の透過率よりも低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の時計用ソーラーセル。
4. 前記第１の波長領域は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域を全て含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の時計用ソーラーセル。
5. 前記着色層を介して前記発電層から得られる反射光は、ＪＩＳ Ｚ ８７８１−４に規定するａ^＊の値が−１〜＋２の範囲であり、ｂ^＊の値が−４〜０の範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の時計用ソーラーセル。

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