JP5940707B1 - 電気光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率を高めつつ、デザイン性を高める電気光学装置を提供する。【解決手段】電気光学装置１０は、光電変換領域を有する光電変換モジュール１と、光透過率を変化させることができる電気光学領域を有し、電気光学領域が光電変換領域に重畳する電気光学モジュール２と、外力による電気光学装置の状態変化を示すデータおよび電気光学装置の周辺環境の状態を示すデータの少なくとも一つのデータを取得するセンサ３と、データから電気光学装置１０の使用状態と不使用状態とを判別し、不使用状態のときの電気光学領域の光透過率を使用状態のときの光透過率よりも高くする動作の実行を制御する制御回路と、を具備する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電気光学装置に関する。

近年、太陽電池等の光電変換素子は、エネルギーハーベスティング技術の一つとして注目されており、様々な電子機器に用いられている。光電変換素子を備える電子機器の一つとしては、例えば太陽電池と文字盤とを備えるソーラー時計が知られている。ソーラー時計では、太陽電池に光が入射することにより光電変換を行うことができ、光電変換により得られた電気エネルギーでソーラー時計を駆動させることができる。

ソーラー時計の発電効率を高めるためには、文字盤の下にも太陽電池を設け、文字盤を介して太陽電池に光を入射することにより光の入射量を増やすことが考えられる。一方、ソーラー時計のデザイン性を高めるためには、ユーザーが文字盤を視認したときに太陽電池の色やパターンが視認されないように設計することが好ましい。このとき、太陽電池に対する光の入射率が２０％程度まで低下する場合がある。このように、光電変換素子を備える機器では、高いデザイン性および高い発電効率の両方を実現することが困難であった。

特開平１０−０３９０５６号公報 特開２００９−０８５７７２号公報 特開昭５３−０９６８７６号公報

実施形態の発明が解決しようとする課題は、発電効率を高めつつ、デザイン性を高めることである。

実施形態の電気光学装置は、光電変換領域を有する光電変換モジュールと、光透過率を変化させることができる電気光学領域を有する表示部を備え、電気光学領域が光電変換領域に重畳する電気光学モジュールと、外力による電気光学装置の状態変化を示すデータおよび電気光学装置の周辺環境の状態を示すデータの少なくとも一つのデータを取得するセンサと、データから電気光学装置の使用状態と不使用状態とを判別し、不使用状態のときの電気光学領域の光透過率を使用状態のときの光透過率よりも高くする動作の実行を制御する制御回路と、を具備する。

電気光学装置の構成例を示すブロック図である。 電気光学装置の構造例を示す模式図である。 使用状態における電気光学装置の動作例を示す模式図である。 不使用状態における電気光学装置の動作例を示す模式図である。 光電変換素子の構造例を示す平面模式図である。 光電変換素子の構造例を示す断面模式図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は模式的なものであり、例えば厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。

図１は、電気光学装置の構成例を示すブロック図である。図１において、実線の矢印は電源線による電力の入出力を表し、破線の矢印は信号線による信号の入出力を表す。

図１に示す電気光学装置１０は、光電変換モジュール１と、電気光学モジュール２と、センサ３と、制御回路４と、電源回路５と、スイッチング素子６と、蓄電素子７と、を具備する。

光電変換モジュール１は、光電変換素子を備える光電変換領域を有する。光電変換素子としては、例えばシリコン太陽電池や有機薄膜太陽電池等を用いることができる。有機薄膜太陽電池において、太陽光下での光電変換効率および室内光下での光電変換効率は共に高い。特に、室内光下での光電変換効率は様々な方式の太陽電池の中でもトップクラスである。そのため、ソーラー時計のように室外と室内で使用する電気光学装置に用いる光電変換素子として好適である。光電変換モジュール１は、光電変換領域に入射する光に応じて発電を行う機能を有する。

電気光学モジュール２は、光透過率を変えることができる電気光学素子を備える電気光学領域を有する。電気光学領域は、光電変換モジュール１の光電変換領域に重畳する。これにより、電気光学領域により光電変換領域に入射する光の量を制御することができる。すなわち、電気光学領域は、光電変換モジュール１に対する光の入射を制御する光学シャッターとしての機能を有する。なお、電気光学モジュール２は、電気光学領域を備える表示部を有していてもよい。例えば、複数の電気光学素子を設け、複数の電気光学素子のそれぞれの状態を制御することにより表示部に画像を表示してもよい。

電気光学素子としては、例えば高分子分散型液晶素子、エレクトロデポジション素子、エレクトロクロミック素子、エレクトロウェッティング素子、または微小電気機械システム素子等が挙げられる。上記電気光学素子に供給する電力を調整することにより電気光学領域の光透過率を変えることができる。

電気光学領域の状態としては、例えば第１の光透過率を有する第１の状態および第１の光透過率よりも高い第２の光透過率を有する第２の状態が挙げられる。第１の状態としては、例えば透過状態が挙げられる。第２の状態としては、散乱状態、反射状態、または吸収状態等の非透過状態が挙げられる。透過状態における光電変換領域の光透過率は非透過状態における光電変換領域の光透過率よりも高い。なお、非透過状態であっても一部の光を透過させてもよい。

透過状態と散乱状態とを切り替えることができる電気光学素子としては、例えば高分子分散型液晶（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ：ＰＤＬＣ）素子、微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：ＭＥＭＳ）素子等が挙げられる。

ＰＤＬＣ素子は、一対の電極の間に設けられた高分子層と高分子層中に分散された液晶とを有する高分子分散型液晶層を備える。ＰＤＬＣ素子では、電極間の電圧を制御することにより、液晶の配向状態（透過状態）と無配向状態（散乱状態）とを切り替えることができる。

ＭＥＭＳ素子は、静電力を用いて微小な板状の構造体を機械的に動かす素子である。ＭＥＭＳ素子では、例えば光散乱性を有する表面を有する構造体の向きを、窓用のブラインドのように、光入射方向に対して平行方向または垂直方向に変化させることで、透過状態と散乱状態とを切り替えることができる。また、光吸収性または光反射性を有する表面を有する構造体を用いることにより、吸収状態または反射状態を実現することができる。

透過状態と反射状態とを切り替えることができる電気光学素子としては、例えば金属イオンを用いたエレクトロデポジション素子、ＭＥＭＳ素子等が挙げられる。エレクトロデポジション素子は、例えば一対の電極と、一対の電極の間に設けられた銀イオンを含む電解質とを備える。エレクトロデポジション素子では、電極間の電圧を制御することにより、銀イオンが銀として析出している状態（反射状態）と銀イオンが溶解している状態（透過状態）とを切り替えることができる。

透過状態と吸収状態とを切り替えることができる電気光学素子としては、例えばエレクトロウェッティング素子、エレクトロクロミック素子、ＭＥＭＳ素子等が挙げられる。

エレクトロウェッティング素子は、電圧を印加することによって濡れ性が変化する機能膜に覆われた電極と、これに接触する液体を有する。エレクトロウェッティング素子では、上記現象を利用し、電極に印加する電圧を制御することにより、着色した液体を機能膜に濡れ拡がらせた状態（吸収状態）と当該液体を収縮させた状態（透過状態）とを切り替えることができる。

エレクトロクロミック素子は印加電圧の極性や大きさによって材料の吸収スペクトルが可逆的に変化する現象を利用した素子である。エレクトロクロミック素子では、上記現象を利用して透過状態と吸収状態とを切り替えることができる。なお、エレクトロデポジション素子やエレクトロクロミック素子の場合、メモリ性があるため、第１の光透過率および第２の光透過率のそれぞれをユーザーが調整できるようにすることが好ましい。

センサ３は、例えば外力による電気光学装置１０の状態変化を示すデータ、および電気光学装置１０の周辺環境の状態を示すデータの少なくとも一つを取得する機能を有する。

外力による電気光学装置１０の状態変化を示すデータとしては、例えばユーザーが電気光学装置１０を使用しているときの電気光学装置１０の傾き、振動等を示すデータが挙げられる。電気光学装置１０の周辺環境の状態を示すデータとしては、例えば電気光学装置１０周辺における人の存否、位置、もしくは状態、または電気光学装置１０に対する人の視線等を示すデータが挙げられる。

センサ３としては、例えば電気光学装置１０の加速度を示すデータを取得する加速度センサ、電気光学装置１０の角速度を示すデータを取得するジャイロセンサ、電気光学装置１０の姿勢を示すデータを取得する姿勢センサ、電気光学装置１０に対する人の視線を示すデータを取得する視線センサ、またはイメージセンサ、および電気光学装置１０に対する人の位置を示すデータを取得する位置センサ、および人の存否を示すデータを取得する人感センサの少なくとも一つを用いることができる。なお、イメージセンサを用いる場合、加速度センサや姿勢センサ等を利用してイメージセンサによる撮像動作を行うか否かを制御してもよい。

制御回路４には、センサ３により取得されたデータを含むデータ信号が入力される。制御回路４は、センサ３により取得されたデータから電気光学モジュール２の使用状態と不使用状態とを判別する機能を有する。さらに、制御回路４は不使用状態のときの電気光学モジュール２の電気光学領域の光透過率を、使用状態のときの電気光学領域の光透過率よりも高くする動作の実行を制御する機能を有する。制御回路４は、例えば判別結果に基づく制御信号を生成し、制御信号によりスイッチング素子６のオン状態とオフ状態とを制御する。

制御回路４は、例えばＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＭＰＵ）等のプロセッサを用いたハードウェアを用いて構成される。なお、各動作を動作プログラムとしてメモリ等のコンピュータ読み取りが可能な記録媒体に保存しておき、ハードウェアにより記録媒体に記憶された動作プログラムを適宜読み出すことで各動作を実行してもよい。

電源回路５は、電力を生成する機能を有する。電源回路５により生成された電力は、レギュレータ５ａにより変換されてセンサ３に供給される。また、電力はレギュレータ５ｂにより変換されて制御回路４に供給される。さらに、電力はレギュレータ５ｃにより変換され、スイッチング素子６を介して電気光学モジュール２に供給される。

スイッチング素子６は、電気光学モジュール２と電源回路５との間に設けられる。スイッチング素子６は、電気光学モジュール２に対する電力の供給を制御する機能を有する。

蓄電素子７は、電源回路５から供給される、光電変換モジュール１により生成された電力を元に充放電を行う機能を有する。蓄電素子７に蓄積された電荷は、例えば電源回路５による電力の生成に用いられる。蓄電素子７としては、例えばキャパシタやリチウムイオン電池のような二次電池等を用いることができる。

また、制御回路４は、制御回路４と電源回路５との間で信号の入出力を行うことにより電源回路５を制御する機能を有してもよい。例えば、ユーザーがスリープモードへ移行する指令を出したとき、センサ３への電力供給やスイッチング素子６への電力供給を切断させることにより、電力消費量を低減させることができる。また、例えば蓄電素子７としてニッケル水素二次電池のように、いわゆるメモリー効果を有する蓄電素子を用いる場合、メモリー効果をリフレッシュする動作を制御することにより充放電性能を戻すことができる。

次に、電気光学装置１０の構造例として、腕時計である電気光学装置の構造例について図２を参照して説明する。図２に示す電気光学装置１０は、筐体１００と、筐体１００に取り付けられたバンド１０１と、筐体１００内に光電変換モジュール１と、電気光学モジュール２と、センサ３と、回路基板８と、プリズムアレイシート９と、を具備する。なお、電気光学装置１０の形状は図２に示す形状に限定されず、例えば円柱型の筐体１００内に上記構成部材を設けてもよい。

筐体１００は、例えば金属、プラスチック、ガラス等で構成される。バンド１０１は腕時計用バンドとしての機能を有し、バンド１０１により電気光学装置１０をユーザーの腕に嵌めることができる。

光電変換モジュール１は、光電変換領域を有する第１の面と第１の面と反対側の第２の面とを有する。よって、第１の面側に光が入射する。

電気光学モジュール２は、例えば光電変換モジュール１の第１の面側に設けられる。電気光学モジュール２は、筐体１００から露出し、かつ電気光学領域を備える表示部２ａを有する。表示部２ａは、例えば時計の画像を表示することができる。図２ではアナログ時計の文字盤の画像を表示しているが、デジタル時計の文字盤の画像であってもよい。なお、表示部２ａをガラス等の保護部材で覆ってもよい。また、表示部２ａの表面にインク等で直接文字を描画してもよい。このとき、表示部２ａに時計の短針、長針、および秒針となる部材を設けてもよい。

回路基板８は、例えば光電変換モジュール１の第２の面側に設けられる。これにより、回路基板８に対する光の入射を抑制することができる。回路基板８は、例えば制御回路４、電源回路５、レギュレータ５ａないし５ｃ、およびスイッチング素子６等を有する。なお、回路基板８に蓄電素子７を設けてもよい。

プリズムアレイシート９は、光電変換モジュール１と電気光学モジュール２との間に設けられる。プリズムアレイシート９は、例えば基準値を超える入射角を有する光を全反射する機能を有する。プリズムアレイシート９は、例えば透光性を有する樹脂を用いて形成される。プリズムアレイシート９を設けることにより、表示部２ａの視認性を高めることができる。なお、必ずしもプリズムアレイシート９を設けなくてもよい。

次に、図２に示す電気光学装置１０の駆動方法例について説明する。ここでは、一例として電気光学モジュール２の電気光学素子として高分子分散型液晶素子を用い、センサ３として多軸加速度センサを用いる例について説明する。

電気光学装置１０の駆動方法例では、センサ３によりＸ軸方向における電気光学装置１０の加速度を示す第１のデータ、Ｘ軸に直交するＹ軸方向における電気光学装置１０の加速度を示す第２のデータ、Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸方向における電気光学装置１０の加速度を示す第３のデータを取得する。第１ないし第３のデータにより電気光学装置１０の傾きを求めることができる。

センサ３が取得した第１ないし第３のデータは制御回路４に入力される。制御回路４は、第１ないし第３のデータから電気光学装置１０が使用状態であるか不使用状態であるかを判別する。

例えば、ユーザーが表示部２ａを確認しているとき等、電気光学モジュール２の電気光学領域の傾きが地面に対して略水平方向だった場合、電気光学装置１０を使用状態と判別してもよい。これに対し、例えばユーザーの歩行状態のとき等、電気光学領域の傾きが地面に対して略水平方向以外の方向だった場合、電気光学装置１０を不使用状態と判別してもよい。

使用状態の場合、スイッチング素子６は、制御回路４から入力される制御信号によりオフ状態になる。これにより、電気光学モジュール２に対する電力の供給が停止する。不使用状態の場合、スイッチング素子６は、制御回路４から入力される制御信号によりオン状態になる。これにより、電気光学モジュール２に電力が供給される。

使用状態における電気光学装置１０の動作例と不使用状態における電気光学装置１０の動作例について図３および図４を参照して説明する。

図３および図４に示す電気光学モジュール２は、ガラス基板等の透光性を有する基板２１と、基板２１上に設けられたインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透光性を有する電極２２と、ガラス基板等の透光性を有する基板２３と、基板２３上に設けられたＩＴＯ等の電極２４と、電極２２と電極２４との間に設けられた高分子層２５ａと高分子層２５ａに分散された液晶ドロップレット２５ｂとを有する高分子分散型液晶層２５と、を備える。また、電気光学モジュール２とプリズムアレイシート９との間には第１の空気層が設けられ、光電変換モジュール１とプリズムアレイシート９との間には第２の空気層が設けられている。

使用状態のとき、電極２２と電極２４との間に電圧が印加されない。このとき、液晶ドロップレット２５ｂの液晶は配向せず、液晶の平均屈折率と高分子層２５ａとの屈折率に差を生じ、電気光学領域に入射する光が散乱する。よって、電気光学領域の光透過率が低下し、光電変換モジュール１に入射する光の量が減少する。

不使用状態のとき、スイッチング素子６を介して電力が供給されることにより電極２２と電極２４との間に電圧が印加される。このとき、液晶ドロップレット２５ｂの液晶は配向し、液晶の平均屈折率と高分子層２５ａとの屈折率との差がなくなり、電気光学領域に入射する光が透過する。透過した光は光電変換モジュール１に入射される。よって、電気光学領域の光透過率が高くなり、光電変換モジュール１に入射する光の量が増加する。

なお、プリズムアレイシート９を配置すると透過状態と散乱状態とのコントラストが高まり、視認性を向上させることができる。散乱状態の場合、電気光学領域を透過した散乱光のうち、基準値よりも大きい入射角を有する光はプリズムアレイシート９により全反射され、電気光学領域で再散乱する。よって、電気光学領域は、強散乱状態（明るい白）となる。透過状態の場合、電気光学領域を透過した光は基準値よりも入射角が小さいためプリズムアレイシート９で全反射することなく透過し、光電変換領域に入射される。

以上のように、本実施形態の電気光学装置は、使用状態と不使用状態とを判別し、不使用状態のときの電気光学領域の光透過率を使用状態のときの電気光学領域の光透過率よりも高くする。これにより、使用状態のときは、電気光学領域において光電変換モジュールを視認しづらい状態にしてデザイン性を高めつつ、不使用状態のときは、光電変換モジュールに入射する光の量を増大させることができる。よって、高いデザイン性と高い発電効率とを両立することができる。

本実施形態の電気光学装置は、上記構成に限定されない。例えば、液晶材料の屈折率異方性や誘電率異方性、高分子材料の屈折率を選択することで、電気光学素子を電圧印加時に非透過状態、無印加時に透過状態にすることもできる。

光電変換領域の一部のみに電気光学領域を重畳させてもよい。例えば、ＰＤＬＣ素子の場合、電極を分割して配置することで実現することができる。また、電極を数字のセグメント表示が可能な形状にしておけば、光電変換モジュール１の色とＰＤＬＣ素子の白色とのコントラストによる数字表示が可能である。

加速度センサの代わりに例えばジャイロセンサを用いる場合、振動があったと判断したときに電気光学装置１０を使用状態と判別し、例えば机の上に置かれた状態等、振動が無いときに電気光学装置１０を不使用状態と判別してもよい。また、視線センサやイメージセンサを用いる場合、ユーザーの視線が電気光学モジュール２に向けられているときに使用状態と判別し、それ以外のときに不使用状態と判別してもよい。

人感センサを用いて、電気光学装置１０が静止状態（机の上に置かれた状態や乗り物の吊り革につかまっている状態等）であっても、近くに人間がいるときは使用状態と判別し、デザイン性を高めてもよい。近くに人間がいないときは、不使用状態と判別し、電気光学領域の光透過率を高めて発電効率を高めてもよい。また、視線センサを用いて、ユーザーや周囲の人間が表示部を見ているときに使用状態と判別し、表示部を見ていないときに不使用状態と判別してもよい。

紫外線によって劣化しやすい光電変換モジュール１を用いる場合、照度センサや紫外線センサを搭載し、光量がある一定値以上になったときに非透過状態にすることで、光電変換モジュール１の劣化を低減させることができる。これにより、デザイン性や発電効率を高めることだけでなく、光電変換モジュール１の劣化を低減することができる。例えば、電気光学装置１０は、センサ３からなる第１のセンサと、入射する光の照度のデータを取得する照度センサからなる第２のセンサと、を具備していてもよい。このとき、制御回路４は、上記機能に加え、光の照度のデータに応じて電気光学領域の光透過率を変更する動作の実行を制御する機能を有する。

本実施形態の電気光学装置は、腕時計に限定されず、高いデザイン性と高い発電効率が求められる装置であれば適用することができる。例えば、スマートフォンやノートパソコン等の電子機器等が挙げられる。このとき、光電変換モジュールは、ディスプレイの背面部に設けられる。また、壁掛け時計、パーティション、窓、ブラインド、カーテン、壁、人や動物の装飾物に本実施形態の電気光学装置を適用してもよい。

ここで、光電変換モジュール１に適用可能な光電変換素子の例について、図５および図６を参照して説明する。

図５に示す光電変換素子は、基板５１上に設けられた複数のセル５２を有する。複数のセル５２は、出力電圧を高くするために直列接続することが好ましい。そのため、セル５２は扇形状を有している。なお、セル５２を封止するようにガラスフリットや熱硬化性、熱可塑性、または光硬化性の樹脂等で封止部を設けてもよい。また、対向基板を設け、セル５２を囲むように基板５１と対向基板との間に封止部を設けてもよい。

基板５１は被素子形成面を有する。基板５１としては、例えば無アルカリガラス、石英ガラス等の無機材料、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマー等のプラスチック、高分子フィルム等の基板を用いることができる。基板５１は、電極の形成が可能であり、熱や有機溶剤によって変質しにくいことが好ましい。基板５１を介して光を入射させる場合、基板５１は、透光性を有する。また、これに限定されず、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）基板、シリコン基板、金属基板等を用いることができる。このとき、基板５１の平面の少なくとも一部は、絶縁表面を有することが好ましい。基板５１の厚さは、その他の構成部材を支持するために十分な強度を有するのであれば特に限定されない。

セル５２は、互いに直列接続で電気的に接続された複数の単位セルを有する。これにより、出力電圧を大きくすることができる。なお、セル５２の数は、図５に示す数に限定されない。

さらに、セル５２の構造例について説明する。セル５２は、電極５２１と、中間層５２２と、光活性層５２３と、中間層５２４と、電極５２５と、を有する。光活性層５２３は、照射された太陽光等の光のエネルギーにより電荷分離を行う機能を有する光電変換層としての機能を有する。

電極５２１は、基板５１の素子形成面上に設けられる。複数の電極５２１は、互いに離間していることが好ましい。電極５２１としては、例えば酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ＩＴＯ、フッ素を含む酸化錫（ＦＴＯ）、インジウム・亜鉛・オキサイド等の金属酸化物材料や、金、白金、銀、銅、アルミニウム、モリブデン、チタン、タングステン、マンガン、コバルト、ニッケル、錫等の金属材料を用いることができる。基板５１を介して光を入射させる場合、電極５２１は、透光性を有し、特に、ＩＴＯまたはＦＴＯを用いることが好ましい。また、電極材料として、有機系の導電性ポリマーであるポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体等を用いてもよい。電極５２１は、単層であってもよく、積層であってもよい。

中間層５２２は、電極５２１上に設けられる。中間層５２２は、電子輸送層または正孔輸送層の一方としての機能等を有する。

正孔輸送層は、正孔を効率的に輸送する機能や、光活性層５２３の界面近傍で発生した励起子の消滅を防ぐ機能等を有する。正孔輸送層としては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホネート））等のポリチオフェン系ポリマー、ポリアニリン、ポリピロール等の有機導電性ポリマーを使用することができる。また、正孔輸送層として、酸化モリブデンや酸化タングステンなどの無機材料を用いてもよい。酸化モリブデン等の無機材料は、例えば真空蒸着法等を用いて形成される。また、前駆体の塗布液を塗布した後、加熱等によって反応させることにより無機材料の膜を形成することができる。

有機導電性ポリマーは、例えば塗布法等を用いて形成される。例えば、メニスカス塗布法により正孔輸送層に適用可能な材料からなる所望の厚さの塗布層を形成した後、ホットプレート等で加熱乾燥することにより正孔輸送層を形成することができる。

電子輸送層は、正孔をブロックして電子のみを効率的に輸送する機能、および光活性層５２３との界面で生じた励起子（エキシトン）の消滅を防ぐ機能等を有する。電子輸送層としては、例えば金属酸化物や有機材料等を用いることができる。金属酸化物としては、例えばゾルゲル法を用いてチタンアルコキシドを加水分解して得られるアモルファスの酸化チタンなどが挙げられる。有機材料としてはポリエチレンイミンやその誘導体等が用いられる。電子輸送層は、例えば真空蒸着法や塗布法等を用いて形成される。

光活性層５２３は、中間層５２２を挟んで電極５２１上に設けられる。光活性層５２３としては、例えばバルクへテロ接合型の光活性層を用いることができる。バルクヘテロ接合型の光活性層は、光活性層中で混合されたｐ型半導体とｎ型半導体とのミクロ層分離構造を有する。光電変換素子では、混合されたｐ型半導体とｎ型半導体が光活性層５２３内でナノオーダーのサイズのｐｎ接合を形成し、光が入射することにより接合面で生じる光電荷分離を利用して電流を得ることができる。ｐ型半導体およびｎ型半導体の少なくとも一方は、有機半導体であってよい。

ｐ型半導体は、電子供与性の性質を有する材料で構成される。ｐ型半導体としては、例えばポリチオフェンおよびその誘導体、ポリピロールおよびその誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、オリゴチオフェンおよびその誘導体、ポリビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、側鎖または主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよびその誘導体等を用いることができる。また、これらの共重合体を使用してもよく、例えば、チオフェン−フルオレン共重合体、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体等が用いてもよい。

ｐ型半導体としては、例えばπ共役を有する導電性高分子であるポリチオフェンおよびその誘導体を用いることができる。ポリチオフェンおよびその誘導体は、優れた立体規則性を確保することができ、溶媒への溶解性が比較的高い。ポリチオフェンおよびその誘導体は、チオフェン骨格を有する化合物であれば特に限定されない。

ポリチオフェンおよびその誘導体の具体例としては、ポリ３−メチルチオフェン、ポリ３−ブチルチオフェン、ポリ３−ヘキシルチオフェン、ポリ３−オクチルチオフェン、ポリ３−デシルチオフェン、ポリ３−ドデシルチオフェン等のポリアルキルチオフェン；ポリ３−フェニルチオフェン、ポリ３−（ｐ−アルキルフェニルチオフェン）等のポリアリールチオフェン；ポリ３−ブチルイソチオナフテン、ポリ３−ヘキシルイソチオナフテン、ポリ３−オクチルイソチオナフテン、ポリ３−デシルイソチオナフテン等のポリアルキルイソチオナフテン；ポリエチレンジオキシチオフェン等が挙げられる。

また、カルバゾール、ベンゾチアジアゾールおよびチオフェンからなる共重合体であるＰＣＤＴＢＴ（ポリ［Ｎ−９”−ヘプタ−デカニル−２，７−カルバゾール−アルト−５，５−（４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアジアゾール）］）などの誘導体を用いてもよい。上記誘導体を用いることにより、光電変換効率を高めることができる。また、ＰＴＢ７（［ポリ｛４，８−ビス［（２−エチルヘキシル）オキシ］ベンゾ［１，２−ｂ：４，５−ｂ’］ジチオフェン−２，６−ジイル−ｌｔ−ａｌｔ−３−フルオロ−２−［（２−エチルへキシル）カルボニル］チエノ［３，４−ｂ］チオフェン−４，６−ジイル｝］）を用いてもよい。

これらの導電性高分子は、溶媒に分散させた分散液を塗布することにより成膜される。従って、塗布法等により、安価な設備を用いて低コストでかつ大面積の光電変換素子を製造することができる。

ｎ型半導体は、電子受容性の性質を有する材料で構成される。ｎ型半導体としては、例えばフラーレンおよびその誘導体が好適に使用される。フラーレン誘導体は、フラーレン骨格を有する誘導体であれば特に限定されない。例えば、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８４等を基本骨格として構成される誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体は、フラーレン骨格における炭素原子が任意の官能基で修飾されていてもよく、この官能基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。フラーレン誘導体には、フラーレン結合ポリマーも含まれる。溶剤に親和性の高い官能基を有し、溶媒への可溶性が高いフラーレン誘導体が好ましい。

フラーレン誘導体における官能基としては、例えば、水素原子；水酸基；フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基等のアルキル基；ビニル基等のアルケニル基；シアノ基；メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基；フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基、チエニル基、ピリジル基等の芳香族複素環基等が挙げられる。具体的には、Ｃ６０Ｈ３６、Ｃ７０Ｈ３６等の水素化フラーレン、Ｃ６０、Ｃ７０等のオキサイドフラーレン、フラーレン金属錯体等が挙げられる。上述した中でも、フラーレン誘導体として、６０ＰＣＢＭ（［６，６］−フェニルＣ６１酪酸メチルエステル）または７０ＰＣＢＭ（［６，６］−フェニルＣ７１酪酸メチルエステル）を使用することが特に好ましい。

未修飾のフラーレンを使用する場合、Ｃ７０を使用することが好ましい。フラーレンＣ７０は、光キャリアの発生効率が高く、有機薄膜太陽電池に適している。

光活性層５２３におけるｎ型半導体とｐ型半導体の混合比率（ｎ：ｐ）は、ｎ型半導体の含有率がｐ型半導体がＰ３ＨＴ系の場合、およそ１：１であることが好ましい。またｐ型半導体がＰＣＤＴＢＴ系の場合、およそ４：１であることが好ましい。

有機半導体を塗布するためには、例えば溶媒に分散させて分散液を作製する。溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、テトラリン、デカリン、メシチレン、ｎ−ブチルベンゼン、ｓｅｃ−ブチルベンゼン、ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素系溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル類が挙げられる。特に、ハロゲン系の芳香族溶剤が好ましい。これらの溶剤を単独、もしくは混合して使用することが可能である。

有機半導体を塗布し成膜する方法としては、例えばスピンコート法、ディップコート法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、スプレー法、スクリーン印刷、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、グラビア・オフセット印刷、ディスペンサ塗布、ノズルコート法、キャピラリーコート法、インクジェット法等が挙げられ、これらの塗布法を単独で、もしくは組み合わせて用いることができる。

また、光活性層５２３の成膜法としては、メニスカス塗布法を用いることができる。メニスカス塗布法では、複数の塗布領域を有する塗布ヘッドと塗布対象物の塗布面との間に塗布材料を供給することによりメニスカス柱を形成する。その後塗布ヘッドと塗布対象物とを相対的に移動させることにより、塗布面に塗布材料を塗布する。

中間層５２４は、光活性層５２３上に設けられる。中間層５２４は、光活性層５２３を挟んで中間層５２２に重畳する。中間層５２４は、電子輸送層または正孔輸送層の他方としての機能等を有する。

電極５２５は、中間層５２２および中間層５２４を挟んで光活性層５２３上に設けられる。複数の電極５２５は、互いに離間していることが好ましい。電極５２５は、隣接する次段のセル５２の電極５２１に電気的に接続される。

電極５２５としては、例えば金属、金属酸化物、導電性高分子等を用いることができる。電極５２５を介して光を入射する場合、電極５２５は透光性を有する。

電極５２５は、例えば白金、金、銀、銅、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、タングステン、チタン、ジルコニウム、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、バリウム、サマリウム、テルビウム等の金属、それらを含む合金、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）のような導電性金属酸化物、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等の導電性高分子、グラフェン等の炭素材料が用いられる。銀ナノワイヤ、金ナノワイヤ、カーボンナノチューブ等のナノ導電材料を前述の材料に混入させて用いることもできる。電極５２５は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等で上記材料の膜を成膜することにより形成される。以上がセル５２の構造例の説明である。なお、セル５２の構造を、電荷の取り出し方向が上記構造と逆方向の構造にしてもよい。以上が光電変換素子の構造例の説明である。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

（実施例１）
図２に示す電気光学装置の模擬装置を作製した。電気光学素子として、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）セルを用いた。ＰＤＬＣセルは以下のようにして作製した。大きさ２．５ｃｍ角、厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス基板上に厚さ５０ｎｍのＩＴＯを成膜した２枚の基板を準備した。２枚の基板をセルギャップが２５μｍになるように貼り合わせて空セルを作製した。次に、ＰＤＬＣ材料として大日本インキ化学工業社製のＰＮＭ−１７０を空セルに注入して封止することによりＰＤＬＣセルを作製した。

光電変換モジュールとして、室内光での発電効率が高いパナソニック社の時計用アモルファスシリコン太陽電池ＡＴ−２６００Ｂを用いた。面積はＰＤＬＣセルとほぼ同等のおよそ５．３ｃｍ^２（Φ２．６ｃｍ）である。昼白色の蛍光灯１０００ｌｘ（３．１７６Ｗ／ｍ^２）の光を入射したとき、太陽電池の最大出力Ｐｍａｘが１７０．８ｕＷ、最大出力動作時電圧Ｖｐｍａｘが２．８Ｖ、最大出力動作時電流Ｉｐｍａｘが６１ｕＡであった。

次に、２５℃の温度調節プレートの上にセルを載せ、セルの上に１．８ｍｍ厚の青板ガラスフィルタ１枚と熱線カットフィルタ１枚を載せ、メタルハライドランプを用い、照度２３ｍＷ／ｃｍ^２で１分間セルに紫外線を照射した。このとき、オーク製作所製ＵＶ−Ｍ０２（センサ：ＵＶ−３５）を用いて紫外線の照度を測定した。

制御回路としてテキサス・インスツルメンツ社製の超低消費電力マイコンＭＳＰ４３０を用いた。センサとしては、ＳＴ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製の超低消費電力３軸加速度センサＬＩＳ２ＤＨを用いた。電源回路として旭化成エレクトロニクス社製の高性能ＣＭＯＳ電源電圧検出ＩＣ（ＡＰ４４００Ａ）を用いた。蓄電素子として容量１．２ＦのＣＡＰ−Ｘ社製のスーパーキャパシタＨＳ２３０Ｆを用いた。プリズムアレイシートとして３Ｍ社製の輝度上昇フィルムＢＥＦIIを用いた。

３軸加速度センサの３つの出力信号のうち、Ｙ軸（模擬時計文字盤の１２時から６時の方向）方向の加速度を示すデータを含む信号を制御回路に入力するように設定した。

３軸加速度センサから入力された信号を制御回路により５Ｈｚでサンプリング検出し、プログラミングにより重力加速度の変動量の絶対値が、０．１Ｇ以上の場合に不使用状態と判別し、スイッチング素子をオン状態にしてＰＤＬＣセルが透過状態になるように設定した。また、プログラミングにより上記変動量の絶対値が０．１Ｇ未満の場合に使用状態と判別し、ＰＤＬＣセルが非透過状態になるように設定した。さらに、プログラミングにより変動量の絶対値が０．１Ｇ未満であっても、その状態が１分間継続した場合にはＰＤＬＣセルが透過状態になるように設定した。

このとき、模擬装置を腕に嵌めて歩行したときは、ＰＤＬＣセルが透過状態になって光電変換領域に入射する光の量が増加した。一方、腕を地面に対して略水平に保持した場合はＰＤＬＣセルが非透過状態になった。非透過状態のとき、太陽電池の色や扇状のパターンは全く視認されず非視認性（デザイン性）が優れていた。また、机の上に置いて１分後にはＰＤＬＣセルが透過状態になって太陽電池に入射する光の量が増加した。

昼白色の蛍光灯１０００ｌｘ（３．１７６Ｗ／ｍ^２）照射時における太陽電池の最大出力Ｐｍａｘは、表１に示すように、ＰＤＬＣセルに電圧を印加しなかったとき（非透過状態）、３．４ｕＷであった。また、ＰＤＬＣセルにＤＣ５Ｖを印加したとき（透過状態）、１１６．１ｕＷであった。なお、ＰＤＬＣセルのＤＣ５Ｖ印加時の消費電力は１２．５ｕＷであった。

（比較例１）
実施例１と同じ太陽電池上に光拡散シートを設けた模擬装置を作製した。比較例１の模擬装置において、表１に示すように太陽電池の最大出力Ｐｍａｘは４４．４ｕＷであり、実施例１の透過状態時の１１６．１ｕＷよりも低かった。さらに、太陽電池の色や扇状のパターンがはっきりと視認され、実施例１よりも非視認性（デザイン性）が劣っていた。

以上のように、実施例１は、比較例１と比較してデザイン性および発電効率が高い。よって、高いデザイン性と高い発電効率とを実現できることがわかる。また、例えば常時デザイン性を高めた状態の場合、発電効率が低下するが、実施例１は、不使用状態と判別された場合に光電変換領域に入射する光の入射量を増大させることができるため、発電効率を高くすることができる。

１…光電変換モジュール、２…電気光学モジュール、２ａ…表示部、３…センサ、４…制御回路、５…電源回路、５ａ…レギュレータ、５ｂ…レギュレータ、５ｃ…レギュレータ、６…スイッチング素子、７…蓄電素子、８…回路基板、９…プリズムアレイシート、１０…電気光学装置、２１…基板、２２…電極、２３…基板、２４…電極、２５…高分子分散型液晶層、２５ａ…高分子層、２５ｂ…液晶ドロップレット、５１…基板、５２…セル、１００…筐体、１０１…バンド、５２１…電極、５２２…中間層、５２３…光活性層、５２４…中間層、５２５…電極。

Claims (8)

1. 光電変換領域を有する光電変換モジュールと、
   光透過率を変化させることができる電気光学領域を有する表示部を備え、前記電気光学領域が前記光電変換領域に重畳する電気光学モジュールと、を具備する電気光学装置であって、
   外力による前記電気光学装置の状態変化を示すデータおよび前記電気光学装置の周辺環境の状態を示すデータの少なくとも一つのデータを取得するセンサと、
   前記データから前記電気光学装置の使用状態と不使用状態とを判別し、前記不使用状態のときの前記電気光学領域の光透過率を前記使用状態のときの前記光透過率よりも高くする動作の実行を制御する制御回路と、をさらに具備する、電気光学装置。
2. 筐体をさらに具備し、
   前記光電変換モジュールは、前記筐体の内部に設けられ、前記光電変換領域を有する第１の面と前記第１の面の反対側の第２の面とを有し、
   前記電気光学モジュールは、前記筐体の内部の前記第１の面側に設けられ、
   前記制御回路は、前記筐体の内部の前記第２の面側に設けられている、請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記電気光学領域は、高分子分散型液晶素子、エレクトロデポジション素子、エレクトロクロミック素子、エレクトロウェッティング素子、または微小電気機械システム素子からなる電気光学素子を備える、請求項１または請求項２に記載の電気光学装置。
4. 前記電気光学領域は、複数の前記電気光学素子を備える、請求項３に記載の電気光学装置。
5. 前記センサは、前記電気光学装置の加速度を示すデータを取得する加速度センサ、前記電気光学装置の角速度を示すデータを取得するジャイロセンサ、前記電気光学装置の姿勢を示すデータを取得する姿勢センサ、前記電気光学装置に対する人の視線を示すデータを取得する視線センサ、またはイメージセンサ、前記電気光学装置に対する前記人の位置を示すデータを取得する位置センサ、および前記人の存否を示すデータを取得する人感センサの少なくとも一つを備える、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電気光学装置。
6. 前記センサからなる第１のセンサと、
   入射する光の照度のデータを取得する照度センサからなる第２のセンサと、を具備し、
   前記制御回路は、前記光の照度のデータに応じて前記電気光学領域の光透過率を変化させる動作の実行を制御する、請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の電気光学装置。
7. 前記光電変換領域は、
   被素子形成面を有する基板と、前記被素子形成面上に設けられた第１の電極と、前記第１の電極上に設けられた第１の中間層と、前記第１の中間層を挟んで前記第１の電極上に設けられた光電変換層と、前記光電変換層上に設けられた第２の中間層と、前記第２の中間層を挟んで前記光電変換層上に設けられた第２の電極と、を備える光電変換素子を有する、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の電気光学装置。
8. 腕時計である、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の電気光学装置。

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