以下、図面を参照して実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
(第1の実施形態)
図1〜図19は、第1の実施形態およびその変形例を説明するための図である。このうち図1および図2は、太陽電池複合型表示体10の構成を示す斜視図または縦断面図であり、図3〜図5は、太陽電池複合型表示体10の作用を説明するため図であり、図6および図7は、太陽電池複合型表示体の製造方法の一例を説明するための図であり、図8〜図19は、図1に示す太陽電池複合型表示体の変形例を示す図である。
ここで説明する太陽電池複合型表示体10は、所定の表示機能および外光を利用した発電機能の両方を発揮する。図1および図2に示す太陽電池複合型表示体10は、第1方向d1に配列された複数の単位要素30を有し、各単位要素30の単位形状面31の一部に表示要素11が配置されている。或る角度範囲AR1内の方向D21から太陽電池複合型表示体10を観察すると、主として単位要素30の単位形状面31の一部に配置された表示要素11が観察される。したがって、表示要素11は、或る角度範囲AR1から太陽電池複合型表示体10を観察する観察者に対して主として表示機能を発揮する。
一方、別の或る角度範囲AR2内の方向から入射した光L23は、主として単位要素30の単位形状面31を透過して、太陽電池パネル50に導かれる。したがって、太陽電池パネル50は、別の或る角度範囲AR2から太陽電池複合型表示体10へ入射する光に対して主として発電機能を発揮する。しかして、太陽電池複合型表示体10によれば、観察者からの観察方向と外光の入射方向との相違を利用して、観察者が表示要素11を観察する際に太陽電池パネル50が視認されることを抑制し、周囲との調和を図ることを可能にしている。
以下、本実施形態による太陽電池複合型表示体10の構成および作用効果について詳述していく。図1および図2によく示されているように、太陽電池複合型表示体10は、光制御シート20と、光制御シート20の背面に配置された太陽電池パネル50と、を有している。光制御シート20は、太陽電池複合型表示体10の表面10aを形成している。表面10aは、太陽電池複合型表示体10へ入射する太陽光等の外光等が入射する入射面をなし、また、表示対象13(図3参照)を可視化する表示要素11からの光が太陽電池複合型表示体10から出射する出射面もなす。
光制御シート20は、シート状の本体部40と、本体部40に積層された光学形状部25と、を有している。このうち、本体部40は、互いに対向する一対の主面として、第1面40aおよび第2面40bを有している。第1面40aは、太陽電池複合型表示体10の表面10aを形成し、第2面40bは、光学形状部25と隣接する面を形成している。光学形状部25は、互いに対向する一対の主面として、第1面および第2面を有しており、また、光学形状部25の第1面は、本体部40の第2面40bに対向して配置されており、光学形状部25の第2面は、後述するように、太陽電池パネル50の入光面に対向して配置されている。本体部40および光学形状部25は、太陽電池複合型表示体10に入射する光を効率よく透過させるよう、光透過性に優れた材料にて構成され、樹脂やガラスを用いることができる。本実施形態では主成分としてアクリル系樹脂を用いている。なお、本体部40の第2面40bと光学形状部25の第1面とは、図2に示すように一体的に形成されていてもよいが、部分的な空隙や他の層を介して接合されていてもよい。
なお、本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」等の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「シート」はフィルムや板とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。一具体例として、「光制御シート」には、「光制御フィルム」や「光制御板」等と呼ばれる部材も含まれる。
また、本明細書において、「シート面(フィルム面、板面、パネル面)」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材の平面方向と一致する面のことを指す。以下に説明する実施形態においては、太陽電池複合型表示体10のパネル面、後述する光制御シート20のシート面、本体部40のシート面、並びに、太陽電池パネル50のパネル面は、互いに並行となっている。さらに、本明細書において、シート状(フィルム状、板状、パネル状)の部材に対して用いる「法線方向」とは、当該部材のシート面への法線方向のことを指す。
本体部40の第2面40bに配置された光学形状部25は、第1方向d1に配列された多数の単位要素30を含んでいる。ここでいう単位要素30とは、光学形状部25に繰り返し現れる或る形状をその輪郭として有した1つの要素をいう。本実施形態による単位要素30は、レンズ状に成形された単位レンズからなる。ただし、単位要素30は、レンズ状に成形された単位レンズからなる例に限定されず、他の例として、2つの傾斜面をもつ単位プリズムであってもよい。
また、単位要素30は、本体部40とは反対側を向く面(光学形状部25の第2面)すなわち太陽電池パネル50と向き合う面に、単位形状面31を形成している。単位形状面31は、単位要素30の表面によって規定される非平面の面であり、典型的には、複数の平面、1つ以上の曲面、あるいはこれらの面の組み合わせからなる。本実施形態による単位形状面31は、曲率をもったレンズ面31からなる。以下の説明では、単位要素30が単位レンズ30として構成され、単位形状面31がレンズ面31として構成された例を用いて説明する。
多数の単位レンズ30は、第1方向d1に沿って並べられている。本実施形態では、第1方向d1は、本体部40のシート面に沿っており、本体部40の法線方向ndに直交している。図示する例では、第1方向d1は鉛直方向と平行になっている。
また、多数の単位レンズ30は、その光軸odが互いに平行となるようにして並べられている。本実施形態において、各単位レンズ30の光軸odは、本体部40の法線方向ndと平行になっている。
とりわけ、多数の単位レンズ30は、図1に示すように、いわゆるレンチキュラーレンズ乃至シリンドリカルレンズを構成している。すなわち、各単位レンズ30は、その配列方向である第1方向d1に対して交差する方向に線状に延びている。とりわけ図示された例において、単位レンズ30は、第1方向d1および法線方向ndの両方と直交する第2方向d2に、直線状に延びている。また、多数の単位レンズ30は、互いに同一に構成されている。
各単位レンズ30は、シート状の本体部40から、本体部40の法線方向ndに向かって突出し、その表面に凸レンズ状に形成された上述のレンズ面31を規定している。第1方向d1、および、太陽電池パネル50の法線方向すなわち本体部40の法線方向ndの両方に平行な図2の断面(以下においては、「主切断面」とも呼ぶ)において、レンズ面31は、光軸odを中心として対称となっている。図2に示すように、各単位レンズ30は、そのレンズ面31に入射する平行光束を集光領域に集める。図2に示す単位レンズ30は、単位レンズ30の光軸odに沿って入射する平行光束L22を焦点fpに集める例が示されており、この場合、焦点fpは、単位レンズ30の光軸od上に位置する。
なお、図示された例において、単位レンズ30は、互いに隙間をあけて第1方向d1に配列されている。すなわち、第1方向d1に隣り合う二つの単位レンズ30のレンズ面31の間には、当該二つのレンズ面31間を接続する接続面38が設けられている。図示された例において、接続面38は、本体部40のシート面に沿って延びている。複数のレンズ面31と複数の接続面38とによって、光制御シート20の太陽電池パネル50側を向く面が構成されている。光制御シート20は、一例として、金型を用いた樹脂成型によって作製され得る。接続面38を設けて、隣り合う単位レンズ30の間に隙間を設けることによって、法線方向ndに対して大きく傾斜した角度範囲からの光が単位レンズ30のレンズ面31から出射した後にその隣の単位レンズ30で遮られてしまう問題、いわゆる「ケラレ」を減らすことができる。
図2に示すように、各単位レンズ30のレンズ面31の一部に沿って、表示要素11が配置されている。ゆえに、複数の表示要素11は、単位レンズ30に対応して、単位レンズ30の配列方向である第1方向d1に配列されている。また、各表示要素11は、単位レンズ30と同様に、配列方向である第1方向d1と交差する方向、より厳密には、第1方向d1と直交する第2方向d2に直線状に延びている。
ここで、図2に示す主切断面において、レンズ面31の両端部のうち、第1方向d1において一側(図示する例では、図2における上側であって、鉛直方向における上側)に位置する端部を一端部31aと呼び、第1方向d1において他側(図示する例では、図2における下側であって、鉛直方向における下側)に位置する端部を他端部31bと呼び、一端部31aおよび他端部31bから本体部40の法線方向ndに沿って最も離れた地点を頂部31cと呼ぶこととする。本実施形態の頂部31cは、レンズ面31のうちの太陽電池パネル50に最も接近した地点となる。そして、この頂部31cを単位レンズ30の光軸odが通過している。
さらに、図2に示す主切断面において、各レンズ面31のうち、頂部31cから第1方向d1において一側に位置する一端部31aまでの領域を一側領域32aと呼び、頂部31cから第1方向d1おいて他側に位置する他端部31bまでの領域を他側領域32bと呼ぶこととする。
図2から理解されるように、一側領域32aは、第1方向d1に沿って頂部31c側から一端部31a側に向かうにつれて、本体部40の法線方向ndに沿って太陽電池パネル50から離間していく。一方、他側領域32aは、第1方向d1に沿って頂部31c側から他端部31b側に向かうにつれて、本体部40の法線方向ndに沿って太陽電池パネル50から離間していく。
各表示要素11は、対応する単位レンズ30のレンズ面31の一側領域32aの少なくとも一部を覆っている。図2に示す例では、各表示要素11は、対応する単位レンズ30のレンズ面31の一側領域32aの全域を隙間なく覆っている。
その一方で、各表示要素11は、対応する単位レンズ30のレンズ面31の他側領域32bからずれて配置されている。すなわち、各表示要素11は、対応する単位レンズ30のレンズ面31の他側領域32bを覆っていない。ただし、各表示要素11は、対応する単位レンズ30のレンズ面31の他側領域32bの一部を覆っていてもよい。
上述のように、本実施形態による太陽電池複合型表示体10は、表面10a側から観察されることが意図されており、各表示要素11は、表面10a側を向く面に、表示を行うための表示面12を有している。表示要素11がレンズ面31の一側領域32aに沿って配置されていることから、表示面12もこれに対応して、レンズ面31の一側領域32aに沿って湾曲する。より詳細には、各表示面12は、レンズ面31の一側領域32aの形状に対応して、第1方向d1において一側に位置する一端部12aが、第1方向d1において他側に位置する他端部12bよりも、本体部40の法線方向ndにおいて太陽電池パネル50から離間するように、湾曲している。図2から理解されるように、このような表示面12は、法線方向ndに対して他側(下側)に傾斜した方向D21から観察したときに、視認され易くなる。したがって、表示面12からの表示機能は、法線方向ndに対して他側に傾斜した方向D21から観察されたときに、効果的に発揮されるようになる。
本実施形態では、複数の表示面12の組み合わせによって表示対象13を表示する。
表示対象13としては、図形、パターン、デザイン、色彩、絵、写真、キャラクターなどの絵柄(イメージ)や、文字、マーク、数字などの情報を例示することができる。表示対象13は、静止していても動いていてもよい。とりわけ、表示面12に動く表示対象13を表示する場合、太陽電池パネル50から発電された電気を駆動に用いることが簡便である。
図3に、表示面12に付与される表示対象13の一例が示されている。複数の表示面12は、複数の単位レンズ30に対応して、第1方向d1に配列されるとともに、各表示面12は、第1方向d1に直交する第2方向d2に直線状に延びている。したがって、第1方向d1における各位置に位置する表示面12が、当該表示面12の第1方向d1における位置に応じた表示対象成分13aを付与されることによって、第2方向d2に細長く延びる各表示面12に形成された表示対象成分13aの組み合わせとして二次元的な表示対象13を表示することが可能となる。図3に示された例では、アルファベットの大文字の「N」が表示対象13として表示されている。このように、複数の表示対象成分13aの組み合わせとして表示対象13を表示することで、各表示面12および各単位レンズ30のサイズを小さくできるため、太陽電池複合型表示体10のコンパクト化の点で有利である。
なお、図3において、表示対象13としての「N」の文字が途切れた態様で表示され連続して繋がった画素の組み合わせとして表示されていない。しかしながら、各表示対象成分13a並びに隣り合う各表示対象成分13aの間の間隔は、十分に小さく設定されており、肉眼においては、表示対象13としての「N」の文字が連続して繋がった画素として視認され得る点に留意されたい。
さて、図2に戻って、レンズ面31の他側領域32bは、表示要素11によって覆われていない。このため、他側領域32bに入射した光L23は、当該他側領域32bを屈折しながら透過して、太陽電池パネル50に向かっていく。すなわち、レンズ面31のうちの表示要素11に覆われていない領域32bは、入射する光L23を太陽電池パネル50の入光面に導く光透過領域として機能する。
太陽電池パネル50の入光面で受光された光L23は、太陽電池パネル50に含まれる太陽電池素子にて発電に利用される。この太陽電池パネル50は、単位レンズ30に対向し、且つ、当該単位レンズ30から離間して配置されている。
図2に示すように、太陽電池パネル50は、第1方向d1に配列された複数の単位レンズ30に対向して、平面状に延び広がっている。図示された例において、太陽電池パネル50は、本体部40のシート面、言い換えると、太陽電池複合型表示体10のパネル面と平行に延びている。したがって図示された例では、太陽電池パネル50は、単位レンズ30の配列方向である第1方向d1と平行に延び広がり、且つ、単位レンズ30の長手方向である第2方向d2とも平行に延び広がっている。なお、太陽電池パネル50として、種々の既知な部材を用いることができ、特に限定されない。
とりわけ、図2に示す主切断面において、太陽電池パネル50は、単位レンズ30の光軸odに沿って入射する平行光束L22が収束する焦点fpよりも、単位レンズ30から離間した位置に配置されている。このような配置によれば、太陽電池複合型表示体10に入射して太陽電池パネル50に向かう光束L22が、集光領域に集光した後に拡がった状態で太陽電池パネル50に到達する。このため、太陽電池複合体10に入射する光束L22を、太陽電池パネル50の広い領域に到達させることに寄与する。
なお、図2に示す例では、太陽電池パネル50は、空気層を介して光制御シート20から離間して配置された例を示しているが、このような例に限定されない。例えば、太陽電池パネル50は、単位レンズ30をなす樹脂材料よりも低い屈折率をもつ低屈折率層を介して光制御シート20に接合されていてもよい。
次に、上述してきた太陽電池複合型表示体10の製造方法の一例について、主として図6および図7を参照しながら説明する。
まず、図6に示すように、透明樹脂を成型することにより、本体部40および単位レンズ30を作製する。成型は、熱溶融押出加工や射出成型等を採用することができる。次に、図7に示すように、単位レンズ30のレンズ面31に表示要素11を配置する。一例として、インクジェット印刷によって、レンズ面31に表示要素11を配置することができる。その後、単位レンズ30に向き合うように太陽電池パネル50を設置する。これにより、太陽電池複合型表示体10が得られる。
このようにして得られる太陽電池複合型表示体10は、様々な用途で利用可能であり、例えば、屋外看板、道路情報掲示板、建築物の外壁面などで用いられる数m〜数十mサイズの大型パネル用途や、ポスター、標識、建築物の内壁面などで用いられる数十cm〜数mサイズの中型パネル用途や、卓上スタンド、携帯端末などで用いられる数cm〜数十cmの小型パネル用途などを例示することができる。
次に、主として、図4および図5を参照しながら、太陽電池複合型表示体10の作用について説明する。太陽電池複合型表示体10は、例えば、単位レンズ30の配列方向である第1方向d1が鉛直方向に沿うようにして、配置される。具体的には、第1方向d1における一側が、鉛直方向における上側に沿い、第1方向d1における他側が、鉛直方向における下側に沿うように、太陽電池複合型表示体10が配置される。
図4によく示されているように、レンズ面31の一側領域32aに配置された表示要素11の表示面12は、当該表示面12の正面方向から視認され易い。図4に示す例では、表示面12がその一端部12aが他端部12bよりも太陽電池パネル50から離間するように湾曲しているため、法線方向ndに対して第1方向d1における他側に傾斜した第1角度範囲AR1内の方向D41、D42、D43から太陽電池複合型表示体10を観察したときに表示面12を視認し易くなる。したがって、観察者は、法線方向ndに対して第1方向d1における他側に傾斜した方向D41、D42、D43から太陽電池複合型表示体10を観察したときに、優れた視認性で表示対象13を観察することができる。
一方、表示面12を視認し易い方向D41、D42、D43とは異なる方向から太陽電池複合型表示体10に入射する光L51、L52すなわち、法線方向ndに対して第1方向d1における一側に傾斜した方向から太陽電池複合型表示体10に入射する光L51、L52、L53は、表示面12に入射し難い。これら表示面12に入射しなかった光L51、L52、L53は、主として光表示要素11に覆われていない他側領域32bに入射し、レンズ作用により屈折されながら他側領域32bを透過し、太陽電池パネル50に向かっていく。このように、表示面12を視認し易い方向D41、D42、D43とは異なる方向となる第2角度範囲AR2から太陽電池複合型表示体10に入射する光L51、L52、L53を、主として太陽電池パネル50に向けて透過させることで、表示機能と発電機能の両立を図ることが可能となる。
以上のように、本実施形態によれば、第1面40aおよび第2面40bを有するシート状の本体部40と、一方向d1に沿って本体部40の第2面40bに配列され、本体部40とは反対側を向く面にレンズ面31を形成する複数の単位レンズ30と、複数の単位レンズ30が配列された本体部40の第2面40bに対向して配置された太陽電池パネル50と、各々が対応する単位レンズ30のレンズ面31の一部を覆うように配置された複数の表示要素11と、を備える。このような形態によれば、太陽電池パネル50の前面に複数の表示要素11が配置されているため、太陽電池パネル50を目立たなくさせることができる。その一方で、各表示要素11は対応するレンズ面31の一部に沿って配置されているため、表示要素11に遮られなかった外光L23は、レンズ面31にて進行方向を調整されながら太陽電池パネル50に向かっていく。これにより、表示要素11に遮られなかった外光L23をレンズ効果を利用しながら太陽電池パネル50による発電に有効に活用することができる。このようにして、本実施形態によれば、太陽電池パネル50を目立たなくすることで周囲の環境との調和を図ると共に、表示要素11による表示および太陽電池パネル50による発電の両立を図ることが可能となる。その上、各単位レンズ30のレンズ面31の一部に表示要素11を配置することで実現することができるため、太陽電池複合型表示体10の製造が容易である。
さらに、太陽電池パネル50は、本体部40の第2面40bに対向して配置されている。この場合、複数の単位レンズ30が太陽電池複合型表示体10の表面に露出しないため、単位レンズ30のレンズ面31に異物が付着することを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、一方向d1および本体部40の法線方向ndの両方に平行な断面において、レンズ面31のうち、当該レンズ面31の頂部31cから一方向d1において一側に位置する一端部31aまでの領域を一側領域32aとし、頂部31cから一方向d1おいて他側に位置する他端部31bまでの領域を他側領域32bとすると、各表示要素11は、対応する単位レンズ30のレンズ面31の一側領域32aの少なくとも一部を覆っている。この場合、一側領域32aは、本体部40の法線方向ndに対して一方向d1において他側に傾斜した方向D21から太陽電池複合型表示体10を観察したときに観察し易い。したがって、一方向d1において他側に傾斜した方向D21から太陽電池複合型表示体10を観察したときに、一側領域32aに配置された表示要素11を視認し易くすることができる。
とりわけ、本実施形態によれば、各表示要素11は、対応する単位レンズ30のレンズ面31の他側領域32bからずれて配置されている。この場合、他側領域32bには、本体部40の法線方向ndに対して一方向d1において一側に傾斜した方向からの光L23が入射し易い。したがって、他側領域32bに表示要素11を配置しないことにより、一方向d1において一側に傾斜した方向から太陽電池複合型表示体10に入射する光L23を太陽電池パネル50に導き易くなる。このように、観察者からの観察方向D21と外光L23の入射方向との相違を利用することで、表示要素11による表示および太陽電池パネル50による発電の両立を一層図ることが可能となる。
とりわけ、本実施形態による太陽電池複合体10では、単位レンズ30の配列方向である一方向d1が鉛直方向に沿い、一方向d1における一側が上側に対応し、一方向d1における他側が下側に対応している。このような設置の仕方は、典型的な利用として想定される表示板としての用途において太陽電池複合体10を目線よりも高い位置に設置する場合に好適である。観察者は、鉛直方向における上側に見上げながら太陽電池複合体10を観察することから、一側領域32aに配置された表示要素11を視認し易い。一方、太陽光は、時間帯や季節に応じて入射方向が変化するが、鉛直方向における下側に傾斜した方向に進みながら太陽電池複合型表示体10に入射する。このため、太陽光は、時間帯や季節に応じて入射方向が変化しても、鉛直方向における下側に傾斜した方向から太陽電池複合型表示体10に入射し主としてレンズ面31を透過して太陽電池パネル50に向かうことができる。したがって、このような形態によれば、表示要素11による表示および太陽電池パネル50による発電を効果的に両立させることができる。
また、本実施形態によれば、本体部40の法線方向ndおよび一方向d1の両方に平行な断面において、太陽電池パネル50は、単位レンズ30の光軸odに沿って入射する平行光束L22が収束する焦点fpよりも、単位レンズ30から離間した位置に配置されている。このような配置によれば、太陽電池複合型表示体10に入射して太陽電池パネル50に向かう光束L22、L23、L51〜L53が、集光領域に集光した後に拡がった状態で太陽電池パネル50に到達する。このため、太陽電池複合体10に入射する光束L22、L23、L51〜L53を、太陽電池パネル50の広い領域に到達させることに寄与する。
また、本実施形態によれば、第1面40aおよび第1面40aに対向する第2面40bを有し、光透過性をもつ樹脂からなるシート状の本体部40と、一方向d1に沿って本体部40の第2面40bに配列され、本体部40とは反対側を向く面に、非平面の単位形状面31を形成する複数の単位要素30と、本体部40の第2面40bに対向して配置された太陽電池パネル50と、各々が対応する単位要素30の単位形状面31の一部に沿って配置された複数の表示要素11と、を備える、太陽電池複合型表示体10が提供される。このような太陽電池複合型表示体10によれば、太陽電池パネル50の前面に複数の表示要素11が配置されているため、太陽電池パネル50を目立たなくさせることができる。その一方で、各表示要素11は対応する単位形状面31の一部に沿って配置されているため、表示要素11に遮られなかった外光L23は、単位形状面31を透過して太陽電池パネル50に向かっていく。これにより、表示要素11に遮られなかった外光L23を太陽電池パネル50による発電に有効に活用することができる。このようにして、本実施形態によれば、太陽電池パネル50を目立たなくすることで周囲の環境との調和を図ると共に、表示要素11による表示および太陽電池パネル50による発電の両立を図ることが可能となる。その上、各単位要素30の単位形状面31の一部に表示要素11を配置することで実現することができるため、太陽電池複合型表示体10の製造が容易である。なお、太陽電池パネル50は、後述のように、本体部40の第1面40aに対向するように配置することも可能である。
ところで、下記の表1は、世界の幾つかの国の主要な都市における季節ごとの南中高度(°)を示している。使用が想定される国の主要な都市における春分秋分の南中高度が第2角度範囲AR2に含まれることが好ましい。その国で有効に使用できる可能性が高いからである。例えば、使用されることが想定される国が日本の場合は54°から56°までの高度が第2角度範囲AR2に含まれるようにすればよい。さらに、49°から61°までの高度が第2角度範囲AR2に含まれるようにすれば、世界の多くの国で有効に使用できる可能性が高いため、好ましい。また、使用が想定される国の主要な都市における夏至の南中高度から冬至の南中高度までが第2角度範囲AR2に含まれることがさらに好ましい。その国で一年を通して有効に使用できる可能性が高いからである。例えば、使用されることが想定される国が日本の場合は31°から79°までの高度が第2角度範囲AR2に含まれるようにすればよい。さらに、25°から84°までの高度が第2角度範囲AR2に含まれるようにすれば、世界の多くの国で有効に使用できる可能性が高いため、好ましい。なお、所望の高度が第2角度範囲AR2に含まれることを容易にするために、第2角度範囲AR2の角度範囲が45°程度以上連続していることが好ましい。もっとも、太陽電池複合型表示体10を傾けて配置することによって、所望の高度を第2角度範囲AR2に含まれるようにすることも可能である。一方、第2角度範囲AR2の角度範囲の上限については、第1角度範囲AR1とのバランスで適宜設定すればよいが、135°程度未満とすることによって、本実施形態の太陽電池複合型表示体10の特長をより発揮させることができる。
なお、上述した実施形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
図1〜図7では、単位レンズ30が凸形状のレンズの例を説明したが、単位レンズ30の形状は、凸形状のレンズに限定されない。図8は単位レンズ30が凹形状のレンズの場合の太陽電池複合型表示体10の断面図である。図8に示す形態において、単位レンズ30の配列方向である一方向d1が鉛直方向に沿っているが、図2に示す形態とは異なり一方向d1における一側が下側に対応し、一方向d1における他側が上側に対応している。
図8に示す各表示要素11は、対応するレンズ面31のうちの、一端部31aと頂部31cとの間となる一側領域32aの一部または全部を覆い、他端部31bと頂部31cとの間となる他側領域32bを覆っていない。なお、図8から理解されるように、一側領域32aは、第1方向d1に沿って頂部31c側から一端部31a側に向かうにつれて、本体部40の法線方向ndに沿って太陽電池パネル50に接近していく。一方、他側領域32bは、第1方向d1に沿って頂部31c側から他端部31b側に向かうにつれて、本体部40の法線方向ndに沿って太陽電池パネル50に接近していく。
各表示要素11は、表面10a側を向く面に、表示を行うための表示面12を有している。表示要素11がレンズ面31の一側領域32aに沿って配置されていることから、表示面12もこれに対応して、レンズ面31の一側領域32aに沿って湾曲する。より詳細には、各表示面12は、レンズ面31の一側領域32aの形状に対応して、第1方向d1において一側に位置する一端部12aが、第1方向d1において他側に位置する他端部12bよりも、本体部40の法線方向ndにおいて太陽電池パネル50に接近するように、湾曲している。
図1〜図8では、本体部の第2面と太陽電池パネルとの間に空気層が介在する例を示しているが、第2面側の単位レンズ30の表面を低屈折層で覆ってもよい。低屈折層にて単位レンズ30面のレンズ面と表示面とを覆うことで、レンズ面や表示要素11を傷や摩耗から保護することができる。
図1〜図8では、本体部40の第2面40b側に単位レンズ30を設ける例を説明したが、第1面40a側に単位レンズ30を設けてもよい。この場合も、図9に示すような凸形状の単位レンズ30を設けてもよいし、図10に示すような凹形状の単位レンズ30を設けてもよい。
図1〜図9では、太陽電池複合型表示体10を鉛直方向(第1方向d1)に配置し、単位レンズ30を水平面方向(第2方向d2)に配置する例を説明したが、太陽電池複合型表示体10の設置方向はこれに限定されない。例えば、図11に示すように、複数の単位レンズ30を第2方向d2に離隔して配置し、各単位レンズ30が第1方向d1に延在するようにしてもよい。図11は図1に示した太陽電池複合型表示体を90度回転させて設置した場合と同様になる。図11の場合、太陽電池複合型表示体10の正面にいる観察者が斜め左方向に視線を向けると、表示要素11を視認することができる。また、太陽電池複合型表示体10の正面方向より左側からの太陽光が主に太陽電池パネルに入射されて発電に利用されることになる。なお、図11では、太陽電池複合型表示体10の正面から見て右側に表示要素11を配置しているが、正面から見て左側に表示要素11を配置した場合には、発電に利用可能な太陽光の入射方向と表示要素11を視認するための視認方向とが図11とは逆になる。
図1〜図11に示す太陽電池複合型表示体10は、表示要素11の表示面12を曲面にしているため、観察者の視線方向がある程度の範囲内で変化しても、表示要素11を視認しやすくなる。すなわち、表示面12が平面である場合よりも、観察者が表示要素11を視認可能な視線範囲を広げることができる。
表示要素11の表示面12は、その少なくとも一部が曲面であればよく、表示面12の具体的な曲面形状は問わない。また、図1〜図11では、単位要素30となる単位レンズ30が半球状の凸部または凹部である例を示したが、単位要素30の形状も任意である。本実施形態では、複数の単位要素30が本体部の第1面または第2面に沿って配置されており、各単位要素30は凸部および凹部を有する。凸部と凹部の表面の少なくとも一部は曲面を有し、各表示要素11の少なくとも一部は、曲面上に配置されている。凸部と凹部の具体的な形状は任意であり、少なくとも一部に任意の形状の曲面があればよい。また、複数の単位要素30のうち、一部の単位要素30が他の単位要素30とは曲面形状が異なっていてもよい。
複数の単位要素30の形状には、種々のものが考えられる。例えば、図12と図13の例では、複数の単位要素30は、本体部40の第1面40aまたは第2面40b上の一方向に離隔して配置された複数の凸部を有する。図12と図13は、各凸部が半円柱体の例を示しているが、各凸部は、少なくとも一部に曲面を有していればよく、具体的な形状は任意である。図12と図13は、各単位要素30の向きを互いに90度相違させている点で異なるが、複数の単位要素30の形状は同じである。また、図12と図13は本体部40の構造を示しており、太陽電池パネル50の図示は省略している。なお、図12以降では、本体部の第1面40a側に複数の単位要素30を配置する例を示すが、第2面40b側に配置してもよい。
図12は、各単位要素30が第1面40a上の第1方向d1に離隔して配置され、第2方向d2に延在している例を示し、図13は、各単位要素30が第1面40a上の第2方向d2に離隔して配置され、第1方向d1に延在している例を示している。
これに対して、図14〜図17は、複数の単位要素30が、第1面40aまたは第2面40b上の第1方向d1と、第1方向d1に交差する第2方向d2と、に離隔または密着して配置されている例を示している。図14の例では、複数の半円柱体が第1方向d1および第2方向d2に格子状に配置されている。図15は、図14の各単位要素30の向きを90度回転させて設置した例を示している。また、図16の例では、複数の半円柱体が第1方向d1および第2方向d2に千鳥状に配置されている。図17は、図16の各単位要素30の向きを90度回転させて設置した例を示している。
図12、図14、図16では、第1方向d1を鉛直方向として、第1方向d1の下方から斜め上方に視線を向けて表示要素11を視認し、第1方向d1の上方から斜め下方に太陽光を入射させて発電を行うことを想定している。図13、図15、図17では、図11と同様に、第1方向d1を鉛直方向として、太陽電池複合型表示体10の正面よりも右側から斜め左方向に視線を向けて表示要素11を視認し、正面よりも左側から斜め右方向に太陽光を入射させることを想定している。
この他、複数の単位要素30は、例えば図18に示すように、段差のない連続的な曲面を有していてもよい。図18の例では、各単位要素30は、半球状の形状を有し、半球状の単位要素30が第1方向d1と第2方向d2に複数個ずつ配置されている。隣接する単位要素30間には隙間があってもよいし、隙間無く密着配置されていてもよい。また、複数の単位要素30は格子状に配置されていてもよいし、千鳥状に配置されていてもよいし、その他の規則的な配置方法または不規則的な配置方法で配置されていてもよい。図18の各単位要素30の半球面の一部に表示要素11を設けると、多方面から表示要素11を視認できるようになる。
図18のような段差のない連続的な曲面を有する単位要素30を用いれば、単位要素30の表面上の任意の場所に表示要素11を配置しても、表示要素11全体を曲面にすることができ、広い範囲から観察者は表示要素11を視認可能となる。よって、図18のような形状の単位要素30は、観察者による視認範囲を広げることができ、表示要素11を視認しやすくなる。
図19は図18の単位要素30の形状を一部変更した図である。図19の単位要素30は、図18の各単位要素30の頂部付近を平面にした形状を有する。表示要素11の少なくとも一部は、平面よりも下の曲面部分に設けられる。これにより、図18の場合と同様に、多方面から表示要素11を視認できるようになる。図19に示すように、各単位要素30は、少なくとも一つの曲面と少なくとも一つの平面とを有していてもよい。
この他、図示は省略するが、インク等の着色部材を本体部40の第1面40aと第2面40bの少なくとも一方に任意の厚さで配置して、任意の形状の曲面を形成してもよい。この場合も、表示要素11の少なくとも一部が曲面になるため、表示要素11を視認しやすくなる。
このように、第1の実施形態では、本体部40の第1面40aまたは第2面40bに沿って複数の単位要素30を設け、各単位要素30が有する凸部または凹部の表面の少なくとも一部を曲面にし、この曲面に表示要素11を設けるため、表示要素11を視認可能な範囲を広げることができ、表示要素11を視認しやすくなる。また、単位要素30の表面上で表示要素11が配置されていない箇所から太陽光を取り込んで発電に利用できるため、発電効率をそれほど落とさずに、表示要素11の視認性も向上できる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、本体部40の内部に曲面状の表示要素11を設けるものである。図20および図21は、第2の実施形態による太陽電池複合型表示体10の斜視図および縦断面図である。図20および図21に示す太陽電池複合型表示体10は、シート状の本体部40と、本体部40の第2面40bに対向して配置された太陽電池パネル50と、を有する。
本体部40の第1面40aには、複数の単位レンズ30が第1方向d1に配列されている。複数の単位レンズ30は、その光軸odが互いに平行となるようにして、並べられている。また、単位レンズ30は、その光軸odが、太陽電池複合型表示体10の法線方向ndと平行となるよう配置されている。図20および図21では、太陽電池複合型表示体10のパネル面に沿った方向を第1方向d1としており、この第1方向d1は太陽電池複合型表示体10の法線方向ndに直交している。
単位レンズ30は、いわゆるレンチキュラーレンズまたはシリンドリカルレンズを構成している。すなわち、各単位レンズ30は、その配列方向である第1方向d1に対して交差する方向(第2方向d2)に延在している。図20および図21の例では、単位レンズ30は、第1方向d1および法線方向ndの両方と直交する第2方向d2に、直線状に延びている。また、複数の単位レンズ30の形状は同一である。
単位レンズ30は、凸レンズ状のレンズ面31を有している。このレンズ面31は、太陽電池複合型表示体10の表面210aをなしている。第1方向d1および法線方向ndの両方に平行な図21の断面において、レンズ面31は、光軸odを中心として対称となっている。各単位レンズ30は、そのレンズ面31に入射する平行光束を焦点fp上に集める。図21に示された焦点fpは、単位レンズ30の光軸odに沿って入射する平行光L21に対する焦点であり、したがって単位レンズ30の光軸od上に位置している。
本体部40の第2面40b上に第1光学機能面41が配置され、本体部40の内部に複数の湾曲した第2光学機能面42が配置されている。本体部40に入射される光は、可視光だけでなく赤外線から紫外線までを含む意味である。光の作用や性質としては、例えば、光の直進、屈折、反射、吸収、発光、干渉、および偏光などが挙げられる。光学機能としては、例えば、表示機能、照明機能、遮光機能、および太陽電池、光学素子、光学部材または光学機器などとの光接続機能などが挙げられる。
第1光学機能面41は、太陽電池パネル50への入光面として機能する。また、第2光学機能面42は、表示対象を表示するための表示面12をなしている。表示対象は、図形、パターン、デザイン、色彩、絵、写真、キャラクターなどの絵柄(イメージ)や、文字、マーク、数字などの情報を例示することができる。表示対象は、静止していても動いていてもよい。ただし、このような例に限定されるものではなく、第1光学機能面41による光学機能および第2光学機能面42による光学機能は、適宜変更することができる。
第1光学機能面41は、第1方向d1に配列された複数の単位レンズ30に対向して、平面状に延び広がっている。図示された例において、第1光学機能面41は、太陽電池複合型表示体10のパネル面と平行に延びている。したがって図示された例では、第1光学機能面41は、単位レンズ30の配列方向である第1方向d1と平行に延び広がり、且つ、単位レンズ30の長手方向である第2方向d2とも平行に延び広がっている。
第2光学機能面42は、太陽電池複合型表示体10の法線方向ndにおいて、単位レンズ30と第1光学機能面41との間に位置している。第2光学機能面42は、単位レンズ30に対応して、単位レンズ30の配列方向である第1方向d1に配列されている。各第2光学機能面42は、当該第2光学機能面42が対応する一つの単位レンズ30に対向して位置している。図21に示すように、各第2光学機能面42は、対応する単位レンズ30と法線方向ndに沿って少なくとも部分的に対面するようにして、配置されている。第2光学機能面42は、図21の断面方向において、少なくとも一部が湾曲している。この湾曲した面内に表示面12を有する表示要素11が設けられる。これにより、表示面12を有する表示要素11を湾曲して配置することができ、表示要素11を視認可能な視線方向を広げることができる。図21の断面図では、各第2光学機能面42が下に凸になるように湾曲する例を示しているが、上に凸になるように湾曲していてもよい。
また、各第2光学機能面42は、第1光学機能面41に対して傾斜している。さらに、各第2光学機能面42は、単位レンズ30の光軸odに直交する方向に対して傾斜している。このような第2光学機能面42によれば、第2光学機能面42からの光学機能が発現されるようになる角度範囲を、高い自由度で調整することが可能となり、また、第1光学機能面41からの光学機能が発現されるようになる角度範囲も、高い自由度で調整することが可能となる。
このように、本実施形態では、複数の単位要素30が、本体部40の内部の第1方向d1に離隔して配置され、それぞれが湾曲した一主面を有する。第1方向d1は、図20のd1方向でもよいし、d2方向でもよい。湾曲した一主面とは、表示面12となりうる面である。湾曲とは、凸状または凹状に曲がっていることを意味する。凸状または凹状とは、湾曲する曲面方向を問わないことを意味する。また、複数の単位要素30のうち、一部の単位要素30が他の単位要素30とは曲面形状が異なっていてもよい。
図20に示すように、複数の単位要素30は、第1方向d1にそれぞれ離隔して配置され、第1方向d1に交差する第2方向d2には1個配置されていてもよい。図22は図20に対応する本体部40の模式的な斜視図である。図22では、図示の簡略化の本体部40の第1面40a側に設けられることがあるレンチキュラレンズ等による凸部は省略している。図22の例では、湾曲した複数の単位要素30が第1方向d1に離隔して配置され、各単位要素30は第2方向d2に延在している。各単位要素30には、表示面12を有する表示要素11が設けられる。各単位要素30は湾曲しているため、表示要素11の少なくとも一部は曲面上に配置されることになる。
なお、図23に示すように、湾曲した複数の単位要素30が第2方向d2に離隔して配置され、各単位要素30は第1方向d1に延在していてもよい。図22は、鉛直方向d1の下方から斜め上方を見上げるときに表示要素11が視認され、図23は、太陽電池複合型表示体10の正面の右側から斜め左方向に視線を向けたときに表示要素11が視認される。なお、図23の各単位要素30の湾曲方向を逆にすることで、正面の左側から斜め右方向に視線を向けたときに表示要素11が視認されるようになる。
また、図24に示すように、複数の単位要素30は、第1方向d1にそれぞれ離隔して複数個が配置され、第1方向d1に交差する第2方向d2にそれぞれ離隔して複数個が配置されていてもよい。図24は、第1方向d1の下方から斜め上方に視線を向けたときに表示要素11を視認できるようにしているが、図25に示すように、太陽電池複合型表示体10の正面に対して右側から斜め左方向に視線を向けたときに表示要素11を視認できるようにしてもよい。なお、図25の各単位要素30の湾曲方向を逆にすることで、正面に対して左側から斜め右方向に視線を向けたときに表示要素11を視認できるようにすることも可能である。
図26および図27は、複数の単位要素30を第1方向d1および第2方向d2に千鳥状に配置した例を示している。図26は、第1方向d1の下方から斜め上方に視線を向けたときに表示要素11を視認できるようにした例である。また、図27は、太陽電池複合型表示体10の正面に対して右側から斜め左方向に視線を向けたときに表示要素11を視認できるようにした例である。なお、図27の各単位要素30の湾曲方向を逆にすることで、正面に対して左側から斜め右方向に視線を向けたときに表示要素11を視認できるようにすることも可能である。
図28は、本体部40内に半円柱状の複数の単位要素30を第1方向d1および第2方向d2に格子状に配置した例を示す斜視図である。各単位要素30の表面の曲面部分に、表示面12を有する表示要素11が設けられる。このため、表示要素11の視認範囲を広げることができ、表示要素11の視認性がよくなる。図28では、複数の単位要素30を格子状に配置しているが、千鳥状に配置してもよいし、その他の規則的または不規則的な配置方法で複数の単位要素30を本体部40内に設けてもよい。また、各単位要素30は、理想的な半円柱形状である必要はなく、円柱や楕円柱を任意の断面で切断した形状でもよいし、任意の形状の曲面と任意の形状の平面とが接する不連続な複数の面を有する形状であればよい。
図29は、本体部40内に半球状の複数の単位要素30を第1方向d1および第2方向d2に格子状に配置した例を示す斜視図である。各単位要素30の半球面上の任意の場所に表示要素11を配置できるため、表示要素11の視認範囲を広げることができる。図29は複数の単位要素30を格子状に配置しているが、千鳥状に配置してもよいし、その他の規則的または不規則的な配置方法で複数の単位要素30を本体部40内に設けてもよい。また、各単位要素30は、理想的な半球状である必要はなく、楕円半球状でもよいし、円弧面または楕円弧面状でもよいし、その他の連続的な曲面形状でもよい。また、図19に示したように、各単位要素30の頂部付近を平面にしてもよい。
図22〜図29に示した各単位要素30は、それぞれ形状が異なっているが、第1方向d1および第2方向d2の少なくとも一方における断面形状の少なくとも一部が曲面である点で共通する。
このように、第2の実施形態では、本体部40の内部に湾曲した複数の単位要素30を設けて、各単位要素30に表示面12を配置するため、表示面12の少なくとも一部は曲面になり、第1の実施形態と同様に、表示面12の視認範囲を広げることができる。
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。