JP4763108B2 - 特に時計用の太陽電池からなる文字盤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池を有する文字盤、特に時計の測時回路または測定装置等の装置用の電気回路に給電するように構成された文字盤に関する。本発明は特に、ユーザから見える表面が金属的外観または様相を有する文字盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１つまたは複数のａ−Ｓｉ：Ｈ／ｎ−ｉ−ｐまたはｐ−ｉ−ｎ非結晶シリコン太陽電池を直列に接続して測時回路に給電するようにした時計、特に腕時計は既知である。これらの電池は、電力を発生するために光電変換を利用しており、一般的に金属基板の上に形成され、この金属基板上に絶縁層、透明または不透明の内側導電性層、連続したｎ−ｉ−ｐ非結晶シリコン層及び透明の外側導電性層を順次堆積させてある。絶縁層を使用することによって、同じ金属基板上に幾つかの光電要素を連続的に直列接続することができる。透明の導電性層は、一般的に酸化インジウム（ＩＴＯ）か、酸化スズ（ＳｎＯ₂ ）か、ドープ処理した酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる。透明の導電性層を形成するためにＩＴＯ、ＳｎＯ₂ またはＺｎＯを使用することには幾つかの問題点がある。光が当たったＩＴＯ層は干渉現象を受ける結果、特に時計文字盤の場合、文字盤の表面に望ましくない着色された真珠光沢が生じる。この問題を解決するため、ＩＴＯをラッカーで被覆することが既知であるが、このようにラッカーの層を追加すると、文字盤が黒みがかった外観となり、文字盤が腕時計の装飾的機能において支配的な影響を与える限り、そのような文字盤を時計に使用したいと思う時にこれも不具合である。さらに、ＩＴＯの抵抗率が比較的高く（８ｘ１０^-4Ωｃｍ程度）、特に電池に高強度の光が当たった時、電池に大きいインピーダンス降下が生じる。
【０００３】
特許書類第ＷＯ−Ａ−９６／１２９８９号はこれらの問題を解決しようとしている。この書類によれば、文字盤は、Ａｌ₂Ｏ₃からなる半透明のセラミック膜でマスキングをすることによってユーザから見えないようにした太陽電池で形成されている。しかし、この電池の外観は乳白色であり、従って消費者には魅力的ではない。特許書類第ＷＯ−Ａ−９６／３１８１０号はさらに、文字盤のユーザから見える表面に着色層を追加することによってそのような文字盤の外観を変更することを提案している。しかし、この追加透過層で得られる結果は光沢のないものであり、文字盤の美的外観を大きく高めることができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このため、本発明の第１の目的は、簡単で経済的な電池構造で電源として使用する電池に適用できる十分な許容電気容量を維持する一方で、特に時計等の装飾的文字盤を作製するのに適した強い光沢をユーザに与える太陽電池を備えた文字盤を提供することによって、上記従来技術の問題を解決することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、基板と、少なくとも１つのｎ−ｉ−ｐまたはｐ−ｉ−ｎ要素を形成する複数の重ね合わせ層と、光放射または光に当たるように配置された第１電極を形成する導電性層とを備えた太陽電池からなる、特に時計用の文字盤であって、第１電極は部分反射性金属層からなることを特徴とする文字盤に関する。
【０００６】
このため、金属層は入射光の一部分を反射して美的な金属光沢を与える一方、入射光の充分な量を通過させて光起電効果を生じることができるので、外観を改善した太陽電池からなる文字盤が得られる。
【０００７】
光が当たる導電性層を形成する際にこのように部分反射層を使用することは、常に最大透過率を備えたそのような層を形成すると共に、導電性層での入射光の反射を最小限に抑えようとしている当該技術の専門家がこの分野で現在採用している原理に逆らうものである。
【０００８】
そのような文字盤はまた、一体構造であり、従って時計等の文字盤と電源の二重機能を果たすという利点を備えている。
本発明の好都合な特徴によれば、５５０ｎｍの波長では、第１電極は９０％から５０％まで、好ましくは８５％から６０％までの光反射率を有する。
そのような反射率でも、約３０ｎｍ厚さの銀層の場合、弱い光、例えば１００ルックスでも本発明による文字盤は約１μＡ以上の電流を生じることができ、これは電子時計の時計回路に給電するのに十分である。
【０００９】
部分反射性金属はまた、ＩＴＯよりも導電レベルが高いので、高強度の光が当たった時の金属における電圧降下がＩＴＯの場合よりも低い。
また、この反射率のため、文字盤に従来の文字盤の外観を与えることによって太陽電池の使用を容易に隠すことができることにも注意されたい
【００１０】
別の好適な特徴によれば、第１電極の金属は、金、アルミニウム、銀、プラチナ、パラジウム、ロジウム、ニッケル、チタン及び銅から選択される。
これらの金属は、十分に高い導電率を有する一方で、可視波長において当該用途に十分な反射係数を有するという大きな利点を備えている。
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、図面を参照した本発明の実施形態の以下の説明を読めばさらに明らかになるが、これらの説明は純粋に例示のためで、非制限的な例である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
腕時計等の時計の文字盤に適用する範囲内で本発明を説明するが、本発明がこの用途に限定されることはなく、また他の用途の範囲内で文字盤を含む低電力消費電気器具、特に携帯装置にも好都合に使用することができることは言うまでもない。
【００１３】
まず図１を参照すると、本発明に従った太陽電池からなる時計文字盤１が示されている。文字盤は、電源回路を介して腕時計の時計回路に給電するために光変換と呼ばれる処理によって光を電流に変換することができる。これらの回路及びそれらの接続部（図示せず）は当該技術分野の専門家には明らかであるため、ここではこれ以上は詳細に説明しない。光変換の現象に関する詳細な説明については、「プレッセ・ポリテクニック・エ・ユニベルシテレ・ロマンデ(Presses polytechniques et universitaires remandes)」が発行しているＡ．リコー(Ricaud)の「太陽光電池(solar photobatteries)」と題する著作ＩＢＳＮ２−８８０７４３２６−５を参照されたい。
【００１４】
本発明に従った文字盤１は、硬質金属板、例えばステンレス鋼製の基板２を備えている。基板２の表面４上に、複数の薄い連続したｎ、ｉ、ｐ層６ａ、６ｂ、６ｃが堆積されている。これらの３層６ａ、６ｂ、６ｃは基本太陽電池を形成している。これは、光放射を受ける真性層がｎ層とｐ層の間に挿入されたｎ−ｉ−ｐ接合ダイオードを構成している。基本太陽電池６は、ｎ−ｉ−ｐダイオードを構成するために異なった型の導電性を有する半導体材料の３層から形成されている。基本電池の層６ａは、ｎ型の導電性を得るために例えばリンを添加した含水素非結晶シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の層である。この層の厚さは好ましくは１０ｎｍから３０ｎｍ程度である。基本電池６の次の層６ｂは真性ｉ層であり、これは先の層より厚く、電池が光を受けた時にその内部で電流が光発電される。層６ｂの厚さは例えば２００ｎｍから５００ｎｍ程度である。基本電池６の第３層６ｃには、ｐ型の導電性を得るために例えばホウ素が添加されている。この層の厚さは好ましくは１０ｎｍから２０ｎｍ程度である。
本例では、ｎ型層６ａが基板２に最も近い。
層６ａ、６ｂ及び６ｃは微結晶層であることが好ましい。
【００１５】
電池６を電源回路に接続するため、電池にはさらに、層６ｃの上側に接触状態に配置された第１電極８を形成する導電性層が設けられており、この電極８は光を直接、受けるように配置された電池の要素である。電気回路を閉路するため、基本電池６は、層６ａと接触した第２電極を形成する第２導電性層１０を備えている。図１に示されている例では、第２電極１０は導電性基板２そのもので形成されている。基板１０の反射率が低い場合、電池の光吸収を増加させるため、基板１０と電池６の間に１つまたは複数の（酸化物（ＺｎＯ）または金属の）中間導電性層を挿入してもよい。
【００１６】
もちろん、図２に示されているように、基板が非導電性材料、例えばプラスチックで形成されている場合、電極１０は好ましくは高レベルの反射率を有する、例えば銀または銀合金製の金属層で形成されている。
【００１７】
本発明によれば、第１電極８は５５０ｎｍの波長で９０％から５０％までの入射光に対する反射率を有する部分反射性層からなり、これによって文字盤に対して金属的な光沢を、従って望ましい美的外観を与えることができる。この反射率を得るため、層８の金属の厚さを調節することが必須である。第１電極８の反射率は、５５０ｎｍの波長で８５％から６０％である。
【００１８】
層８の厚さが２０ｎｍ程度、好ましくは３５ｎｍであれば、従来の時計文字盤の表面（５ｃｍ² 程度）を有する基本電池は、低照明状態（１００ルックス）でも十分な光を通過させて電子時計の時計回路に給電するために十分な電力を、すなわち一般的に１．５Ｖの電圧で１μＡの平均電流を供給できる。
【００１９】
金属層８は、金、銅、アルミニウム、銀、プラチナ、パラジウム、ニッケル、チタン及びロジウムから選択した金属で形成することができる。もちろん、同程度の反射率及び導電特性を有するならば他の金属も適当であろう。所望の反射率を得るため、好ましくは０．５オームから３０オームの面積抵抗になる金属を選択することが好ましいであろう。
例えば、銀は、層８を作製するために特に適した最適固有導電率／反射率比を有している。
層８の金属の堆積は、陰極スパッタや蒸着で、または電子銃で従来通りに行うことができる。この堆積は、層８の輪郭を定めるマスクを介して行うこともできる。
第１電極の金属層は、最小厚さが２ｎｍから１０ｎｍまで、最大厚さが１５ｎｍから４０ｎｍまでである。
【００２０】
導電性層８をｐ型層６ｃの上に堆積させやすくするため、中間バインダ層１２を設けてもよい。この層をできる限り多くの光が通過できるようにするため、層１２の厚さはできる限り薄く、一般的に１ｎｍ程度である。このバインダ層１２はクロムまたはチタン製にすることができる。
【００２１】
好適な変更例によれば、特に電池６を酸化及び腐食、さらに文字盤１の操作及び組み立て中に発生し得る他のいずれの物理的変化からも文字盤６を保護するため、基本電池はさらに第１電極８の上方に広がる透明保護層１４を備えてもよい。この層は、例えば２〜３μｍの厚さのアクリレート、メタクリレート、ポリビニル等の透明ポリマー樹脂で形成することができる。
層１４は第１電極８の縁部を覆って、第１電極と（図１に示されている実施形態では基板である）第２電極の短絡の問題に対処できることにも注意されたい。
【００２２】
最後になるが、文字盤１のほぼ中央位置に内孔１６が設けられ、文字盤１をはめ付けようとする腕時計の針を固定したパイプを通すことができるようにしている。ここでも、層の間の短絡を避けるため、同一の手段が適用される。
【００２３】
図３は、本発明に従った文字盤の別の実施形態を示しており、図１及び図２に関連して説明したものと同じ要素は同じ参照番号で示す。
図１及び図２に示されている実施形態とは異なって、ｐ型層６ｃが基板２に最も近い。この基板は、例えばガラスまたは透明プラスチック材料からなる透明基板である。この実施形態では、第１電極８、すなわち光を受ける電極が基板２と層６ｃの間に挿入されている。また、文字盤の製造中に電極金属が基本電池６の層内へ拡散するのを防止するため、第１電極８と層６ｃの間に導電性拡散隔壁層１８を設けてもよい。拡散隔壁層１８は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または酸化スズ（ＳｎＯ₂ ）で形成でき、１０ｎｍから５００ｎｍの厚さにすることができる。
【００２４】
必要に応じて、基板２の表面を構造化する、すなわち文字盤に拡散金属的外観を与えることができる表面状態にすることもできることに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による文字盤の第１実施形態の長手方向断面図である。
【図２】 図１に示されているものと同様な断面図であって、本発明による文字盤の第２実施形態を示している。
【図３】 図１に示されているものと同様な断面図であって、本発明による文字盤の第３実施形態を示しており、文字盤の基板が透明で、光がそれを通過する。
【符号の説明】
１ 文字盤、 ２ 基板、 ６ 基本太陽電池、 ８ 第１電極

Claims (10)

1. 基板と、少なくとも１つのｎ−ｉ−ｐまたはｐ−ｉ−ｎ要素を形成する複数の重ね合わせ層と、光に当たるように配置された第１電極を形成する導電性層とを備えた太陽電池からなる時計用の文字盤であって、前記第１電極が５５０ｎｍの波長で９０％から５０％までの光反射率を有する金属層からなり、
   前記第１電極の金属層は、金、アルミニウム、銀、プラチナ、パラジウム、ニッケル、チタン、ロジウム及び銅から選択され、
   前記第１電極の金属層は、最小厚さが２ｎｍから１０ｎｍまで、最大厚さが１５ｎｍから４０ｎｍまでであり、
   前記第１電極の金属層の金属の堆積は、陰極スパッタや蒸着で、または電子銃で行うことを特徴とする文字盤。
2. バインダ層及び拡散隔壁層の両方またはいずれか一方が第１電極とｐ層の間に挿入されていることを特徴とする請求項１記載の文字盤。
3. 要素がｎ−ｉ−ｐ要素であって、ｎ層が基板に最も近い層であることを特徴とする請求項１又は２記載の文字盤。
4. 基板は導電性であって、ｎ−ｉ−ｐ要素の第２電極を形成していることを特徴とする請求項３記載の文字盤。
5. 基板は絶縁性であって、第２電極を形成する第２導電性層が基板とｎ層の間に挿入されていることを特徴とする請求項３記載の文字盤。
6. 第１電極は透明の保護ラッカーで被覆されていることを特徴とする請求項３記載の文字盤。
7. 要素がｐ−ｉ−ｎ要素であって、ｐ層が基板に最も近い層であり、基板は透明であることを特徴とする請求項１又は２記載の文字盤。
8. 基板はガラス製であることを特徴とする請求項７記載の文字盤。
9. 文字盤は、針用のパイプを通すための内孔を備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の文字盤。
10. ｎ−ｉ−ｐまたはｐ−ｉ−ｎ要素を支持している基板の表面を、散乱する金属的外観を与えるような構造の表面状態にすることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の文字盤。

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