JP7400350B2 - ソーラーパネル及び電子機器 - Google Patents
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Description
この場合に、ソーラーパネルによる発電量を多く確保するため、電子機器における表示部が設けられている位置等にも発電部を配置して、効率よく発電を行うことが考えられる。
具体的には例えば、細線化された発電部と光を透過させる光透過部とを交互に配置して外部から視認されにくく構成したソーラーパネルを配置する。これにより、ソーラーパネルが電子機器の外観を損ねることがないとともに、ソーラーパネルの下方に配置された表示部の視認性も確保することができる。
また例えば、特許文献1には、細線化された発電部の、表示部に対向する側の面を、あえて白インキや白ペンキ、又はミラー効果をもつアルミニウムやクロムの金属メッキのような、光を反射する層で被覆することで表示部の画像の光度を増大させる技術も開示されている。
このため、表示部に表示されている情報の視認性が低下し、ユーザにとって見づらく違和感のある表示になってしまうという問題がある。
表示パネルの視認側に重畳配置されるソーラーパネルであって、
光を透過させる透過領域と、
光によって発電し、前記表示パネルの表示領域に対応する部分に透過発電領域を少なくとも有する第1の発電部と、前記透過発電領域を有しない第2の発電部で構成される発電部と、
前記発電部における前記表示パネルに対向する面に形成され、前記透過領域を通り前記表示パネルで反射した光のうち、前記発電部へ入射する光の反射を防ぐ反射防止部と、
を備え、
前記第1の発電部の面積は、前記第2の発電部の面積より大きいことを特徴とする。
なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
図1に示すように、本実施形態における時計100は、ケース(以下、実施形態において「本体ケース1」とする。)を備えている。本体ケース1は、例えば硬質の合成樹脂又はチタニウムやステンレス鋼(SUS)等の金属等、硬質な材料で形成されている。なお、本体ケース1を形成する材料はここに例示したものに限定されない。
本実施形態の本体ケース1は、ケース厚み方向における上下(時計における表裏)に開口する中空の短柱形状に形成されている。
また、時計100は、本体ケース1の側部等に操作ボタン12を備えている。図1に示す例では、本体ケース1の左側部に2つ、右側部に3つ、計5つの操作ボタン12が配置されている。
本体ケース1の表面側(時計における視認側、上側)の開口には、透明なガラス等で形成され、光透過性を有する風防部材3が開口部分を覆うように設けられている。
また、本体ケース1の裏面側には、開口部分を閉塞する図示しない裏蓋が取り付けられている。
なお、装飾部の形成の仕方は特に限定されず、例えば風防部材3の下面に印刷や各種蒸着等を施すことで形成される。
モジュールの上方(時計における視認側、表面側)であって風防部材3との間には、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイその他のフラットディスプレイ等で構成される表示パネル41(図6参照)を備える表示部4が設けられている。表示パネル41は、後述するソーラーパネル5の下側(すなわち非視認側)に配置される。
図1では図示を省略しているが、表示部4には、時刻や各種の情報等が表示されるようになっている。
また、表示部4の構成は、特に限定されず、文字板及び指針等を備えるアナログ方式の表示手段を有するものであってもよい。また、液晶パネル等を備えて構成されるデジタル方式の表示手段とアナログ方式の表示手段とを両方を有するものでもよい。
なお、前述のように、表示部4の外周部(外周端縁等)は装飾部によって被覆されており、外部から視認されないようになっている。
本実施形態では、装飾部の内側の領域(図1において白抜きで示すほぼ円形の領域)が、表示部4において外部から視認される視認領域VArとされる。
図2は、本実施形態におけるソーラーパネルの平面図である。
ソーラーパネル5は、光を受光することで発電する太陽電池として機能する発電部51(細線発電部51aを含む)を備えており、ソーラーパネル5により光発電を行って得られた発電電力は図示しない二次電池に蓄えられる。
ソーラーセルC同士は、分割領域53によって分けられている。本実施形態では、分割領域53は延在方向Lの一端から他端に亘って後述の透過領域52の幅と等しい幅の帯状に形成されている。
接続部54は、ソーラーセルC同士を分ける分割領域53を跨ぐように配置されている。
各ソーラーセルCがそれぞれ接続部54において接続されることで、一体としてソーラーパネル5が構成される。
本実施形態において、接続部54は、前述の視認領域VArよりも外側に配置され、外部から視認されないようになっている。
また、ソーラーパネル5は、2つの端子部55を備えている。一方側の端子部55は、モジュール等に設けられた図示しない基板上の+電極と電気的に接続され、他方側の端子部55は、基板上の-電極と電気的に接続される。
端子部55の配置は特に限定されないが、図2等ではソーラーセルC2とソーラーセルC4の端部にそれぞれ配置されている例を示している。
直列接続されるソーラーセルCの数が多いほどソーラーパネル5全体としての電圧が高くなる。このため、ソーラーパネル5を構成するソーラーセルCの数は、ソーラーパネル5によって発電された発電電力を蓄える二次電池の電圧等、必要とされる電圧レベルに応じて適宜設定されることが好ましい。
本実施形態では、ソーラーセルCのうち、少なくとも外部から視認される前述の視認領域VArに対応して配置される部分が、透過発電領域SArとして構成される。
透過発電領域SAr内において発電部51は、一定のピッチで配列されている。
例えば、発電部51のうち、透過発電領域SAr内に配置される発電部51は、透過領域52よりも幅の狭い細線状に形成されている細線発電部51aとなっている。
透過発電領域SAr内に配置される細線発電部51aのピッチを揃えることで、外部から表示部4を目視した際に、ソーラーセルCが表示部4の表示パネル41(図6参照)よりも上側(視認側、表面側)に配置されていても面全体として均一の明るさになるため細線発電部51aが目立たず、表示部4の視認性がよく、見栄えのよい外観を実現することができる。
なお、実施形態において、単に「発電部51」と記載したときは、細線発電部51a及びこれ以外の発電部51の両方を含むものとする。
なお、細線発電部51aの幅(セル幅方向Wの寸法)を小さく(細く)し、透過領域52の幅(セル幅方向Wの寸法)を大きく(太く)するほどソーラーパネル5の透過発電領域SArにおける透過度が高くなり表示部4の視認領域VArの視認性は向上する。一方で細線発電部51aの幅が小さくなるほど発電量が少なくなるとともにソーラーセルC内を電荷が移動する際の抵抗が大きくなり発電効率が低下する。
このため、細線発電部51aの幅及び透過領域52の幅は、表示部4の視認領域VArに求められる視認性の程度(すなわち、視認領域VArに対応して設けられる透過発電領域SArの透過性の程度)とソーラーパネル5に求められる発電量、発電効率の程度との兼ね合いから適宜設定される。
このため、発電効率を上げるために、各ソーラーセルCの発電部51の面積ができるだけ等しくなるように構成することが好ましい。
本実施形態では、図2に示すように、例えば、ソーラーセルCのほぼ全体に発電部51が形成されているソーラーセルC1,C8の面積は小さく、ソーラーセルCのうち多くの領域が透過発電領域SArにあたり、細線発電部51aが多いソーラーセルC4,C5の面積は比較的大きくなっており、細線発電部51aを含むソーラーセルC内の発電部51全体の面積が各ソーラーセルC1~C8でほぼ等しくなるように調整されている。
この場合に、透過発電領域SAr内の細線発電部51aのピッチ等を変えて対応すると、目視した際に縞が目立ってしまう等外観や視認性への影響が大きい。
このため、透過発電領域SAr以外の発電部51(視認領域VArに対応する部分の外側に配置される発電部51)の形状を変更する等により、ソーラーセルC間の発電部51全体の面積がほぼ等しくなるように調整することが好ましい。この場合、ソーラーセルCは、端部において先細り形状となったり、先太り形状となったり、湾曲形状となる等、ソーラーセルCの全体形状が本実施形態に図示したような完全な帯状や短冊状とはならない場合もありうる。
本実施形態では、図3に示すように、ソーラーセルC1からC8まで、ソーラーセルCの延在方向Lの一端から他端に向かって電荷が交互に移動するように、各ソーラーセルC間を繋ぐ接続部54が延在方向Lにおける一側の端部及び他側の端部のいずれかに交互に配置されている。
なお、図3に示す配置、構成は一例であり、接続部54は、その全てが延在方向Lにおける一側の端部及び他側の端部のいずれかに交互に配置されている必要はない。接続部54は、少なくとも一部に透過発電領域SArがセル幅方向Wの全体に亘って設けられている部分を有するソーラーセルC同士が連続して配置される場合に、延在方向Lにおける一側の端部及び他側の端部のいずれかに交互に配置されていればよい。
図4に示すように、ソーラーパネル5は、基材50の上に発電部51、透過領域52及び各ソーラーセルCを分割する分割領域53が設けられたものである。
このうち発電部51は、基材50の上に透過電極511が形成され、その上に半導体層512、裏面電極513が順に積層された積層構造となっている。なお、この積層構造の上から基材50の全体を被覆するように透過な封止材(保護層)が設けられていてもよい。
また本実施形態において、裏面電極513の上側(すなわち、ソーラーパネル5を時計100に組み込んだ際に、発電部51における表示パネル41に対向する面側)には、表示パネル41側から発電部51に入射する光の反射を防ぐ反射防止部として光吸収層515が設けられている。なお、上述の保護層を設ける場合、光吸収層515は保護層の上下どちらに配置されてもよい。
透過領域52及び分割領域53は、基材50の上に透過電極511、半導体層512、裏面電極513を積層しない領域を残すことで形成してもよいし、基材50の上に透過電極511、半導体層512、裏面電極513を積層した後に適宜これらの層を除去してもよい。透過電極511等を除去する場合、その手法は特に限定されず、例えばレーザーによる加工処理等が用いられる。
また、透過電極511は、例えば、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ等を結晶化させることで形成されている。なお、透過電極511を形成する材料や形成手法はこれに限定されない。
半導体層512は、例えばアモルファスシリコン(a-Si:H)等で形成されている。半導体層512としては、例えばp型半導体とn型半導体とが接合されたpn接合型の半導体が用いられる。
裏面電極513は、例えばアルミニウム導体等の金属材料を含んで形成されている。なお、裏面電極513を形成する材料はこれに限定されない。
半導体層512や裏面電極513は、例えば、基材50の上に蒸着等の手法により積層形成される。なお、基材50上に半導体層512や裏面電極513を設ける手法はこれに限定されない。
図4に示すように、光吸収層515は、発電部51のうち、透過発電領域SAr内に設けられている細線発電部51aの裏面電極513の上に配置される。裏面電極513は、例えばアルミニウムやSUS等で形成されているため、何も加工しない状態では鏡面状態であり、裏面電極513に入射した光が鏡面反射する。光吸収層515は細線発電部51aの裏面電極513に入射する光を吸収することで裏面電極513で光が反射することを防止し、ユーザが表示部4を見たときの違和感や見え辛さを解消する。
なお、光吸収層515を形成する手法は特に限定されない。光吸収層515は細線発電部51aに対応して設けられるものであり、当該領域をはみ出して形成されると表示パネル41の視認性を損ねたり、黒っぽい線が現れて目立ってしまう。このため、細い領域内に正確に施されることが好ましく、例えばフォトリソグラフィやナノインプリント等、細かいパターニングにより生成することのできる膜であることが好ましい。
本実施形態においてソーラーパネル5は、時計100の視認側に配置された表示部4(表示部4の表示パネル41)の上側に載置される。このとき、表示部4の視認領域VArに透過発電領域SArが対応するようにソーラーパネル5を配置する。
透過発電領域SArは、細線発電部51aと透過領域52の長手方向をそろえて配列することで構成されている。このため、表示部4の上側にソーラーパネル5を配置しても表示部4の視認性が損なわれないとともに、表示部4の上側にも発電部51を確保できるため、表示部4の外周部にのみ発電部を配置する場合に比べて、発電量を増大させることができる。
これにより、細線発電部51aの裏面側(表示パネル41と対向する面側)に配置された裏面電極513に入射した光が裏面電極513で反射して表示部4の見え辛さを生じさせることを防止する。
ここで、光吸収層515を設けない場合と設けた場合との光の反射状況の差異を図5及び図6を参照しつつ説明する。
図5及び図6では、図2において領域VIとして囲った部分の光の反射状況を模式的に示している。
この場合、表示パネル41上に表示される画像を図中左側から模式的に点A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,Oとして表したとすると、例えば図5におけるD点近傍では、入射した光が表示パネル41の表面(D点)で反射した本来の反射光RD1の他に、一旦表示パネル41の表面(C点)で反射した反射光が裏面電極513の裏面で反射し、さらに表示パネル41の表面(D2点)で反射した反射光RD2(再反射光)が現れる。
この場合、ユーザの目には反射光RD1と反射光RD2とが届き、表示が重なった状態で視認される。
この場合、本来の反射光が現れずに暗くなる領域の隣に、本来現れないはずの反射光RM2によって明るくなる領域が現れる。このため、ユーザの目には不自然な明度差が視認される。
図6に示すように、裏面電極513に光吸収層515を設けた場合には、表示パネル41側から裏面電極513に入射した光が光吸収層515によって吸収され、本来発生すべき反射光以外の反射光(例えば図5における反射光RD2や反射光RM2)を発生させない。
このため、本来の表示位置の表示を偽ることなくユーザに届けることでき、自然で視認性のよい表示を行うことができる。なお入射した光が細線発電部51aに阻まれて表示パネル41に届かない箇所では画像の一部に欠けが生じるが、自然な表示を行うことができるため、ユーザは欠けた表示のイメージ補完がしやすくなり、結果として表示部4の視認性が向上する。
また、光吸収層515を設けることによって本来現れない箇所に反射光が現れることも防止できる。このため、細線発電部51aの裏面の裏面電極513による反射によって発生していた光の密度の明暗差も緩和される。図5に示す構成では、前述のように本来の反射光が現れずに暗くなる領域の隣に、本来現れないはずの反射光RM2によって明るくなる領域が現れることで、暗い領域と明るい領域が交互に発生して縞模様等が視認されるが、本実施形態の構成では、縞模様等が発生せず、違和感のない視認性の高い表示画面をユーザに提供することができる。
このように、ソーラーパネル5を表示パネルの視認側に重畳配置するため、ソーラーパネル5の発電効率を向上させ発電量を増大させることができる。
そして、ソーラーパネル5を表示パネル41に重畳した場合にも、光吸収層515によって本来の入射光に対応しない反射光が発生するのを防止するため、表示パネル41において良好な視認性を確保することができる。
これにより、ソーラーパネル5の発電効率と表示パネル41の視認性とを両立させることが可能である。
このように、表示パネル41の表示領域(視認領域VAr)には透過発電領域SArが重畳されるため、表示パネル41の視認性を犠牲にすることなく、ソーラーパネル5の発電効率の向上を図ることができる。
このため、発電部51を視認領域VArに対応する部分の上に重畳しても、表示部4の視認性を損なわず、外観にも優れたものとすることができる。そしてこの場合に細線発電部51aに光吸収層515を設けることで、良好な視認性を実現することができる。
これにより、発電部51(細線発電部51a)に表示パネル41側から入射した光が表示パネル41で再反射して視認されるのを効果的に防ぐことができ、優れた視認性を実現することができる。
このため、時刻や各種の機能表示等を視認しやすい時計100(電子機器)を実現できるとともに、時計100(電子機器)が多くの電力を必要とする機能部を備える場合にも、ソーラーパネル5により十分な発電量を確保することができる。
例えば、反射防止部は、鏡面反射を防止する加工や、発電部51における表示パネル41に対向する面に光を拡散させる加工を施した光拡散部であってもよい。
図7に、発電部51(細線発電部51a)における表示パネル41に対向する面に反射防止部として光拡散部516を設けた場合を例示する。
光拡散部516は、例えば鏡面状態である発電部51(細線発電部51a)の裏面電極513の表示パネル41に対向する面に表面加工を施すことで、その表面に細かい凹凸を形成する。なお、表面加工の具体的な手法は特に限定されない。例えば光拡散部516は、表面加工を施さない部分にマスクをした上で、層表面を荒らす加工を施すことで形成される。
これにより、上記の実施形態と同様に、表示部4の表示領域にも発電部51を配置することでソーラーパネル5の発電効率を向上させつつ、表示部4(表示パネル41)の視認性にも影響を与えないソーラーパネル5及びそれを組み込んだ時計100を実現することができる。
例えば、楕円形状等でもよいし、多角形状等でもよい。
各ソーラーセルCをどのような形状とする場合にも、表示パネル41の視認領域VArと重なる領域に配置される発電部51における表示パネル41に対向する面に反射防止部(例えば光吸収層515)を設ける。
例えば、細線発電部51a同心円状や渦巻き形状、放射線状等に形成されていてもよい。いずれの形状とする場合にも、発電部51(細線発電部51a)における表示パネル41とに対向する面に反射防止部(例えば光吸収層515)を設ける。
ソーラーパネル5により発電を行い、発電された電力を駆動源として動作する機器であれば広く適用することが可能であり、例えば、歩数計、心拍計や脈拍計等の生体情報表示装置、移動距離や移動ペース情報、高度情報や気圧情報等の各種の情報を表示させる電子機器等であってもよい。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
<請求項1>
表示パネルの視認側に重畳配置されるソーラーパネルであって、
光を透過させる透過領域と、
光によって発電する発電部と、
前記発電部における前記表示パネルに対向する面に形成され、前記透過領域を通り前記表示パネルで反射した光のうち、前記発電部へ入射する光の反射を防ぐ反射防止部と、
を備えていることを特徴とするソーラーパネル。
<請求項2>
前記発電部は、前記表示パネルの表示領域に対応する部分に透過発電領域を有し、
前記反射防止部は、前記透過発電領域内の前記発電部における前記表示パネルに対向する面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のソーラーパネル。
<請求項3>
前記透過発電領域内の前記発電部は細線状に形成された線状の発電部であり、
前記反射防止部は、前記線状の発電部における前記表示パネルに対向する面に形成されていることを特徴とする請求項2に記載のソーラーパネル。
<請求項4>
前記反射防止部は、前記発電部における前記表示パネルに対向する面に形成された光吸収体であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のソーラーパネル。
<請求項5>
前記反射防止部は、前記発電部における前記表示パネルに対向する面に光を拡散させる加工を施した光拡散部であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のソーラーパネル。
<請求項6>
前記反射防止部は、前記発電部における前記表示パネルに対向する面で光が鏡面反射することを防ぐ加工を施してあることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のソーラーパネル。
<請求項7>
前記反射防止部は、400nmから800nmの光の反射率を40%以下とする加工を施してあることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のソーラーパネル。
<請求項8>
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のソーラーパネルと、
前記ソーラーパネルの非視認側に配置される表示パネルと、
前記ソーラーパネル及び前記表示パネルを収容する本体ケースと、
を備えることを特徴とする電子機器。
<請求項9>
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のソーラーパネルと、
前記ソーラーパネルの非視認側に配置される表示パネルと、
前記ソーラーパネル及び前記表示パネルを収容する本体ケースと、
を備えることを特徴とする電子時計。
5 ソーラーパネル
41 表示パネル
51 発電部
52 透過領域
100 時計
C ソーラーセル
L 延在方向
W セル幅方向
SAr 透過発電領域
VAr 視認領域
Claims (9)
- 表示パネルの視認側に重畳配置されるソーラーパネルであって、
光を透過させる透過領域と、
光によって発電し、前記表示パネルの表示領域に対応する部分に透過発電領域を少なくとも有する第1の発電部と、前記透過発電領域を有しない第2の発電部で構成される発電部と、
前記発電部における前記表示パネルに対向する面に形成され、前記透過領域を通り前記表示パネルで反射した光のうち、前記発電部へ入射する光の反射を防ぐ反射防止部と、
を備え、
前記第1の発電部の面積は、前記第2の発電部の面積より大きいことを特徴とするソーラーパネル。 - 前記第1の発電部における前記透過発電領域内には、線状に形成された発電部である細線発電部が設けられ、
前記反射防止部は、前記細線発電部における前記表示パネルに対向する面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のソーラーパネル。 - 前記第1の発電部と前記第2の発電部との間には、それぞれの発電部を分割する分割領域が設けられ、
前記分割領域の幅は、前記透過領域の幅と略等しいことを特徴とする請求項1または2に記載のソーラーパネル。 - 前記反射防止部は、前記発電部における前記表示パネルに対向する面に形成された光吸収体であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のソーラーパネル。
- 前記反射防止部は、前記発電部における前記表示パネルに対向する面に光を拡散させる加工を施した光拡散部であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のソーラーパネル。
- 前記反射防止部は、前記発電部における前記表示パネルに対向する面で光が鏡面反射することを防ぐ加工を施してあることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のソーラーパネル。
- 前記反射防止部は、400nmから800nmの光の反射率を40%以下とする加工を施してあることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のソーラーパネル。
- 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のソーラーパネルと、
前記ソーラーパネルの非視認側に配置される表示パネルと、
前記ソーラーパネル及び前記表示パネルを収容する本体ケースと、
を備えることを特徴とする電子機器。 - 表示パネルの視認側に重畳配置されるソーラーパネルであって、
光を透過させる透過領域と、
光によって発電する発電部と、
前記発電部における前記表示パネルに対向する面にのみ形成され、前記透過領域を通り前記表示パネルで反射した光のうち、前記発電部へ入射する光の反射を防ぐ反射防止部と、
を備えていることを特徴とするソーラーパネル。
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