JP7106900B2 - 光電変換機能付き表示機器 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 ２０１７年１０月２５日（水）～２０１７年１１月５日（日）第４５回東京モーターショー２０１７（東京ビッグサイト／東京都江東区有明３－１１－１）で発表

本発明は、色素増感型光電変換素子を備える表示機器に関する。

近年、太陽エネルギーを電力に変換する光電変換素子として、固体のｐｎ接合型太陽電池が活発に研究されている。固体接合型太陽電池は、シリコン結晶やアモルファスシリコン薄膜、非シリコン系の化合物半導体の多層薄膜を用いる。しかし、固体接合型太陽電池は、高温もしくは真空下で製造する必要があるため、製造コストが高くなる。また、素子自体が黒色に近く、意匠性も悪いという問題もある。

また、低温でより低コストで製造が可能な有機系太陽電池も開発されており、色素増感型太陽電池が特に注目されている。色素増感型太陽電池は、透明基板上に増感色素を吸着した半導体電極と、対向電極との間に電解液層を設けた素子構造を有しており、エネルギー変換効率が実用に耐え得る値にまで達しており、電気エネルギーの供給源として有望である。

色素増感型太陽電池に用いる電解液は、一般に有機溶媒中にレドックス対と電解質が溶解している溶液である。レドックス対としては、ヨウ素とヨウ化物の組み合わせが一般的であるが、ヨウ素に由来して電解液が褐色系となり、増感色素の色が十分に反映されず、意匠性に劣るという問題がある。

そこで、電解液を薄色化、透明化して増感色素の色を反映させるために、ヨウ素系レドックス対に代わる種々のレドックス対も開発されており、本出願人も特許文献１～３等に示す色素増感型光電変換素子を提案している。

特開２０１５－２２２７９３号公報 特開２０１７－０６９３３５号公報 特開２０１７－２２０５０９号公報

特に、特許文献２では、薄色で透明な電解液を用いるとともに、透明基板上に、増感色素を吸着した半導体粒子を透明基板上に配置する際に、任意の模様をなすようにパターニングした半導体電極を備えており、増感色素の色と模様とを組み合わせることにより意匠性を高めている。また、特許文献３では、複数の色素増感型光電変換素子を積層して、複雑な模様を表示させている。

しかしながら、特許文献２では、半導体電極の模様しか反映されず、意匠性の向上には限度がある。また、特許文献３では、複数の素子が必要であり、コスト増を招く。

意匠性の更なる向上要求は強く、本発明は、低コストでありながらも様々な模様や色の表示が可能であり、意匠性により優れた色素増感型光電変換素子を備える表示機器を提供することを目的とする。

上記解題を解決するために本発明は、下記の光電変換機能付き表示機器を提供する。
（１）色素増感型光電変換素子を備える第１部材と、
前記第１部材を透過して表示され、該第１部材の背景となる第２部材とを備え、
前記第１部材が光源側となるように重ねて配置したことを特徴とする光電変換機能付き表示機器。
（２）前記第２部材が、表示内容を変える機能を有することを特徴とする上記（１）記載の光電変換機能付き表示機器。
（３）前記第１部材の光源側の面上に、模様付き透明板を配置したことを特徴とする上記（１）または（２）記載の光電変換機能付き表示機器。

本発明の光電変換機能付き表示機器によれば、第１部材により発電されて外部機器を稼働できるとともに、第２部材が第１部材の背景になるため、第２部材を変えるだけで様々な背景を表示させることができ、意匠性が高まる。

本発明の光電変換機能付き表示機器を示す分解斜視図である。 図１を光源側から見た上面図である。 模様付き透明板を示す斜視図である。 図３に示す模様付き透明板を重ねた状態を、図２に従い示す上面図である。

以下、本発明に関して図面を参照して説明する。

図１は本発明の光電変換機能付き表示機器を示す分解斜視図であるが、図示されるように、第１部材１と第２部材２とを、第１部材１が光源側（図中上方）となるように重ねて一体化したものである。尚、第１部材１と第２部材２とは、密着していても、間隔をあけて配置されてもよい。

第１部材１は、色素増感型光電変換素子１０を有する。図の例では、基板１１の上に、４つの色素増感型光電変換素子１０を載置しているが、一つの色素増感型光電変換素子１０で代用してもよい。但し、大受光面積の色素増感型光電変換素子１０は高価であるため、小受光面積の色素増感型光電変換素子１０を複数用いた方が、コスト面で有利になる。

第２部材２には、図形や文字、絵、写真等の模様２０を印刷した基板２１の他、表示内容を変えて表示できるように液晶ディスプレイ等を用いることができる。液晶ディスプレイにすることにより、模様として種々の静止画を逐次表示（スライド表示）したり、動画を表示することができ、意匠性が更に高まる。尚、模様２０は、第２部材２の全面に印刷、表示されてもよいし、第１部材１の色素増感型光電変換素子１０と重なる位置にのみ印刷、表示されていてもよい。

また、第２部材２として、水槽、虫かご等の飼育ケース、置物や人形、オーナメント等の装飾品、または前記装飾品を収容した透明ケース等、それ自体が鑑賞物であってもよい。

図２は、第２部材２として印刷物を用い、第１部材１と第２部材２とを重ねた状態を、光源側（紙面手前側）から見た上面図である。図示されるように、第２部材２の模様２０が、第１部材１の色素増感型光電変換素子１０を透過して現れている。また、図示は省略するが、第２部材２として水槽を用いた場合には、泳いでいる魚や水草が第１部材１の色素増感型光電変換素子１０を透過して現れる。即ち、第２部材２が第１部材１の背景になる。従って、第２部材２の模様２０等がよく見えるように、色素増感型光電変換素子１０の電解液は、薄色で、透明に近いほど好ましい。

色素増感型光電変換素子１０は公知の物で構わないが、電解液を褐色にするヨウ素系レドックス対は不向きである。電解液を薄色で、透明にするためには、例えば特許文献１～３に記載しているような、「ベンゾキノン誘導体／ヒドロキノン誘導体」をレドックス対に用いることができる。

色素増感型光電変換素子１０とするには、先ず、透明基板の一方の面に透明導電膜を形成し、更にその表面に増感色素を吸着した半導体粒子からなる半導体電極を形成する。また、電極基板の一方の面に触媒層を形成して対向電極を形成する。そして、半導体電極と対向電極とを対向配置するとともに、両電極間に電解液を封止する。

また、背景となる第２部材の視認性を高めるため半導体電極における半導体層の付着している部分における厚さの最大と最小との差を５μｍ以下、特に３μｍ以下にすることが好ましい。本構成とすることで、第１部材の色ムラが少なく、第２部材の視認性が高い表示機器が得られる。更に、増感色素は、色素増感型光電変換素子１０が目的とする色を呈するように、適宜選択することができる。

その他の構成部材については、何れも公知のもので構わない。

ところで、第１部材１では、色素増感型光電変換素子１０からの電力を取り出すための配線（図示せず）や、複数の色素増感型光電変換素子１０を用いる場合に素子同士を接続するための配線（図示せず）が見えるため見栄えが良くない。図１では４つの色素増感型光電変換素子１０が左右上下対称に配列しており、田の字状の格子部分に配線が見える。そこで、図３に示すように、対応する田の字状の模様３０が形成された透明板３１（以下「模様付き透明板３」ともいう）を、第１部材１の光源側の面上に配置する。図４は、この模様付き透明板３を重ねた状態を光源側から見た上面図であるが、図２に示したように、第２部材２の模様２０が第１部材１の色素増感型光電変換素子１０を透過して現れているとともに、第１部材１の配線が見えている田の字状の格子部分が模様付き透明板３の模様３０で遮蔽されている。

また、模様付き透明板３には、田の字状の模様３０の他にも、第２部材２の模様２０以外の模様を形成してもよく、模様同士が重なり合って意匠性が更に高まった光電変換機能付き表示機器となる。

本発明の光電変換機能付き表示機器はこのように構成されるが、第１部材１により発電された電力は、照明やモータ、センサ等の外部機器を稼働させることができる。それと同時に第２部材２の模様２０等が背景となり、更には模様付き透明板３の模様３０が現れるため、意匠性にも優れる。また、屋外での使用は勿論のこと、屋内でも照明器具や、室内に差し込んだ太陽光により発電することもでき、背景表示による屋内装飾とともに、各種外部機器を稼働させることができる。

具体的な使用例としては、内部照明付きまたは枠体にＬＥＤ電飾が付いたフレームに入れ、内部の模様を付属の照明で照らしたり、ＬＥＤ電球を点滅させることができる。また、水槽に取り付け、泳いでいる魚や水草を背景にするとともに、水量や水温等を管理・制御するためのセンサ等を稼働させることもできる。更には、外部機器としてモータやセンサを接続し、模様の表示とともに、これらを駆動することもできる。

１ 第１部材
２ 第２部材
３ 模様付き透明板
１０ 色素増感型光電変換素子
１１ 基板
２０ 模様
２１ 基板
３０ 模様
３１ 透明板

Claims (3)

1. 透明基板の一方の面に透明導電膜を有し、更にその表面に増感色素を吸着した半導体粒子からなる半導体電極と、電極基板の一方の面に触媒層を有する対向電極とを備え、前記半導体電極と前記対向電極とが対向配置されるとともに、前記半導体電極及び前記対向電極の両電極間に電解液が封止された色素増感型光電変換素子を備える第１部材と、
   前記第１部材を透過して表示され、該第１部材の背景となる模様を有する第２部材とを備え、
   前記第１部材と前記第２部材とが、密着して又は間隔をあけて配置された状態で重ねられ一体化されたものであり、
   前記半導体電極における半導体層の付着している部分における厚さの最大と最小との差が３μｍ以下であることを特徴とする光電変換機能付き表示機器。
2. 前記第２部材が、表示内容を変える機能を有することを特徴とする請求項１記載の光電変換機能付き表示機器。
3. 前記第１部材における配線が見えている部分を遮蔽するための模様付き透明板を、前記第１部材における配線が見えている部分の面上に配置したことを特徴とする請求項１または２記載の光電変換機能付き表示機器。

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