JPH11142534A - 太陽電池で形成された、特に時計用の文字盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池を組み込んだ文字盤の表面を審美感
に耐えるようにすると共に光透過率を良くする。 【解決手段】 本発明は、一方の基板の表面に光起電力
層を直接形成させた。その光起電力層を形成させた基板
を半透明材料で形成させ、かつ光起電力層を形成させる
面に透明電極を配置し、その上に光り起電力層を形成さ
せた。その基板の光起電力層の反対側は電極を形成させ
るが、その第２の電極を形成させる部材は光が透過する
必要がないので任意の部材とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に再生光電気化
学型の太陽電池で形成した文字盤に関する。この文字盤
は、時計のホロメトリック回路または計測装置などの装
置の電気回路に電力を供給するようになっている。本発
明は、特に、使用者の目に入る表面がオパールや金属な
どのような固有の美的外観を備えた文字盤に関する。

【０００２】

【従来の技術】特許文書ＷＯ−Ａ−９６／１２９８９
は、従来の太陽電池で電力を供給するホロメトリック回
路を備えた時計用文字盤について開示している。その明
細書に開示されている文字盤は、太陽電池が使用者に見
えないように、例えばＡｌ２Ｏ３など、半透明なセラミ
ック製シートを太陽電池の上に配置して形成されてい
る。文字盤が半透明であるため、十分な量の光エネルギ
ーが透過し、文字盤の下にある太陽電池に達する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記特許文書によれ
ば、太陽電池およびこれを覆う文字盤は、２つの独立し
た部品で形成されている。この２つは、別々に作製し、
取り付ける必要がある。このような構造には、問題点が
多数ある。実際、このような構造を採用すると、この構
造に取り付ける必要のある装置、例えば時計の製造に必
要となる部品点数が増え、その結果、装置の構造が複雑
となり、コストが増大する。また、セラミック製シート
と太陽電池を重ねると、時計が厚くなってしまう。この
ような重ね合わせ構造では、境界面が形成され、この境
界面で入射光の反射による干渉が発生して、太陽電池の
全体的な効率が低下する。したがって、本発明の主な目
的は、１つまたは複数の太陽電池で一体に形成した文字
盤を提供して、前記従来技術の問題点を解決することで
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この文字盤は、使用者か
ら見て、オパールあるいは金属のような固有の美的外観
を備え、特に例えば、時計用の装飾的文字盤を作るのに
適しているとともに、単純かつ安価な電池構造を用いて
エネルギー源として使用される太陽電池の応用例用の十
分な電気的出力を維持する。

【０００５】第１の態様によれば、本発明は、少なくと
も１つの再生光電気化学型太陽電池で形成され、光に当
たるようにした第１の基板と、第２の基板とを含み、双
方の相対する面に電極を備え、それらの電極間に光を吸
収し、前記電極の端子間に電圧を生成することができる
物理化学的システムを配置した、例えば時計用の文字盤
であって、第１の基板が半透明材料で形成されているこ
とを特徴とする文字盤に関する。

【０００６】第２の態様によれば、本発明は、２つの電
極間に配置される少なくとも１つのｎ−ｉ−ｐまたはｐ
−ｉ−ｎ要素からなる少なくとも１つの複数の重ね合わ
せた層を設けた第１の面と、光に当たるようにした第２
の面とを備える基板で形成された、特に時計用の文字盤
であって、前記基板が半透明材料で形成されていること
を特徴とする文字盤に関する。

【０００７】第３の態様によれば、本発明は、２つの電
極間に配置される少なくとも１つのｎ−ｉ−ｐまたはｐ
−ｉ−ｎ要素からなる少なくとも１つの複数の重ね合わ
せた層を設けた第１の面と、光に当たるようにした第２
の面とを備える基板で形成された、特に時計用の文字盤
であって、前記基板が半透明材料で形成され、部分的に
透明かつ反射性のある金属層が基板の前記第２の面に堆
積された文字盤に関する。

【０００８】本発明の前記３つの態様の特徴により、文
字盤と電気エネルギー源との２つの働きを兼ねる太陽電
池で形成された文字盤、例えば時計用などの一体形文字
盤が得られる。「半透明材料」とは、入射光の一部を透
過させ、一部を拡散する材料であり、使用者には、この
ような材料でできた基板の裏にある要素が見えない材料
である。本明細書で使用する「光」という用語は、電池
内で光変換プロセスを発生させる太陽光または任意の放
射線を意味する。

【０００９】本発明の最初の２つの態様に共通する特徴
によれば、光に当たるようにした基板の光透過率は、波
長５５０ｎｍで、１０〜５０％、好ましくは、１５〜４
０％である。

【００１０】透過率が前記のような範囲にあると、照度
が例えば１００ルクスと低い場合でも、本発明による文
字盤は、電子時計の計時回路に電力を供給するのに十分
な１μＡ程度以上の電流を生成することができる。

【００１１】透過率が前記のような範囲にあるだけで、
文字盤の外観の美しさが増し、太陽電池を使用している
ことがわからなくなる点にも注意されたい。

【００１２】本発明の最初の２つの態様に共通する別の
好ましい特徴によれば、光が当たるようにした基板は、
酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、またはオパール
ガラスを基材として作られる。

【００１３】本発明のその他の利点および特徴は、あく
まで例示的で非限定的な例として挙げた、図面に関連し
て行う本発明の実施例に関する以下の記述を読めば、さ
らに明瞭であろう。

【００１４】

【発明の実施の形態】携帯用時計など、時計の文字盤へ
応用した例で本発明について述べるが、本発明は時計へ
の応用例に限定されるものではなく、消費電力が小さい
電気機器、特に文字盤を備えた携帯用機器へのその他の
応用例に有利に使用できることはいうまでもない。

【００１５】先ず図１を参照して説明を行う。図示した
参照番号１の時計用文字盤は、本発明の第１の態様によ
る太陽電池で形成されている。すなわち、本発明は太陽
電池そのものが文字盤である。文字盤１は、光変換とい
うプロセスにより光線を電流に変換し、電源回路を介し
て、時計の計時回路に電力を供給することができる。こ
れらの回路およびその接続（図示せず）は、当業者には
周知のものであり、したがって、本明細書では詳細な説
明を省く。光変換プロセスの詳細な説明については、
「Ｅｄｉｔｉｏｎｓ Ｐｒｅｓｓｅｓ ｐｏｌｙｔｅｃ
ｈｎｉｑｕｅｓｅｔ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｉｒｅｓ
ｒｏｍａｎｄｓ」ＩＳＢＮ ２−８８０７４３２６−５
に発表された、Ａ．Ｒｉｃａｕｄの論文「Ｐｈｏｔｏｐ
ｉｌｅｓｓｏｌａｉｒｅｓ」の３０２〜３１２ページを
参照されたい。

【００１６】本発明の第１の態様による文字盤１は、再
生光電気化学型の太陽電池で形成されている。文字盤１
は、それぞれ第１の基板２および第２の基板４を含み、
第１および第２の基板は、その対向している面全面にわ
たってそれぞれ電極６および８を形成させている。

【００１７】光を吸収し、電極の端子間に電圧を生成す
ることができる物理化学的システム１０が、２枚の基板
２および４の間に配設されている。

【００１８】このシステム１０は、電極８上に堆積させ
た半導電性酸化物の層１２を含んでいる。層１２は、例
えば強固な組織の酸化チタンの層で形成されている。さ
らにこのシステム１０は、単分子着色層１４を含み、こ
の層は、層１２の表面に吸着されている。システム１０
は、例えばヨウ素／ヨウ化物対のようなレドックス対を
含む電解液１６をベースとする非水性溶剤を含んでい
る。この電解液は、着色層１４に直接接触している。最
後に、電解液１６は、電気触媒の薄層１８、例えば、電
極６に堆積させた白金の薄層に接触している。

【００１９】システム１０が配置されるスペースを区画
するために、基板２および４は、例えば封止フレーム２
０により相互に接合されている。

【００２０】本発明によれば、２つの基板２、４の一方
は、半透明材料製になっている。可視面を形成するよう
に構成した基板（すなわち光が当たる面）が、半透明材
料製であるものと理解されたい。図示した例では、基板
２が、光に当たるようにされ、半透明材料製になってい
る。

【００２１】本発明によれば、基板２を形成する材料へ
の入射光の透過率は、波長５５０ｎｍで、１０〜５０％
であり、これにより所望の美的外観を備えた文字盤が得
られる。

【００２２】基板２は、酸化アルミニウム、酸化ジルコ
ニウム、またはオパールガラスを基材として作製でき
る。

【００２３】所望の透過率を得るために、必要な場合に
は、微細結晶の粒子の大きさおよび使用する材料の純度
を考慮に入れて、基板２の厚さを基本的に調節する。

【００２４】基板２の光透過率は、波長５５０ｎｍで１
５〜４０％であることが好ましい。

【００２５】基板２の厚さが０．５ｍｍ、好ましくは
０．３ｍｍ程度の場合、総表面積が、従来の時計の文字
盤の総表面積（５ｃｍ² 程度）に等しい、直列に接続し
た３つの太陽電池を使用すると、低照度条件（１００ル
クス）でも電気エネルギー、すなわち、通常、電圧１．
５Ｖで平均１μＡの電流を生成するのに十分な光が通過
し、電子時計の計時回路に電力を供給することができる
点に注意されたい。

【００２６】当然ながら、基板２が保持する電極６は、
着色剤の吸収に対応する波長の光に対して透明な導電層
で形成されている。この電極は、スズと酸化インジウム
あるいはアンチモンと酸化スズの混合物の薄層の形にす
ることが好ましい。当業者なら、その他の同等の透明導
電層を選択できることはいうまでもない。

【００２７】基板４は、光線が当たるようにされておら
ず、不透明な材料で作製することもできる。

【００２８】電解液１６と接触可能なすべての使用材
料、特に二枚の基板２、４と電極６、８は、物理化学的
システム１０の電解液に化学的に両立できる材料である
点にも注意されたい。「化学的に両立できる」材料と
は、不活性材料、すなわち、電解液と反応しない材料、
特にレドックス対を意味する。

【００２９】最後に、文字盤１は、文字盤のほぼ中央に
位置する穴２２を含み、この穴には、文字盤１を取り付
けるようにした時計の針を固定するシャフトが通る。

【００３０】図面は、文字盤の正確な寸法を反映したも
のではなく、図をわかりやすくする目的で寸法を誇張し
てあることに注意されたい。

【００３１】以上述べた応用例の範囲内で、光に当たる
基板が、時間表示などの刻み目を形成する目盛２４（図
１）を含むこともできる。この目盛または刻み目は、当
該基板の両面の一方に付加または彫り込むことができ
る。

【００３２】図３に、本発明の第２の態様による文字盤
２６の部分断面図を示す。文字盤２６は、図１および図
２を参照して説明した基板２と同じ特徴を備えた硬質板
からなる基板２８を含む。基板２８は、電極を形成する
二枚の導電層３４と３６の間に挟んだ複数の連続した薄
層であるｐ層３２ａ、ｉ層３２ｂ、およびｎ層３２ｃを
それぞれ堆積させた第１の面３０を含む。

【００３３】当然ながら、層３２ｃと基板２８の間に配
設され、層３２ｃおよび基板２８に接触している電極３
４は、透明であり、この電極３４は、基板２８を介して
光に直接当たるように構成した太陽電池の要素になって
いる。例を挙げると、電極３４は、電極３６と同様に、
アンチモンおよび酸化スズと、酸化インジウムの混合物
（ＩＴＯ）の薄層で形成することもできる。

【００３４】したがって、基本太陽電池３２を形成する
３つの層３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、ダイオード、すな
わち真性領域を含むｐ−ｉ−ｎ接合ダイオードを形成し
ている。真性領域は、ｐ領域と、光に当たることのある
ｎ領域との間に挿入される。ｐ−ｉ−ｎダイオードを構
成するために、この基本太陽電池３２は、導電性が異な
る半導体材料の３つの層で形成されている。ｎ型の導電
性を得るため、基本太陽電池３２の層３２ａについて
は、例えばリンでドーピングを行う。この層の厚さは、
１０〜２０ｎｍ程度であることが好ましい。基本太陽電
池３２の二番目の層３２ｂは、層３２ａよりも厚い真性
ｉ層であり、太陽電池に光が当たると、この層内で光に
より電流が発生する。層３２ｂの厚さは、例えば２００
〜５００ｎｍ程度である。ｐ型の導電性を得るために、
基本太陽電池の層３２ｃは、例えばホウ素でドーピング
を行った水素アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の
層になっている。

【００３５】この例では、ｐ型層３２ｃが基板２８に最
も近いが、当然ながら別の実施例では、ｎ型層が基板２
８に最も近くなることもある。

【００３６】図４を参照して説明すると、この図は、本
発明の第３の態様による文字盤４０の部分断面図であ
り、図３と関連して説明した要素と同じ要素には、同じ
参照番号を付けてある。

【００３７】図３に示した実施例とは異なり、文字盤４
０の基板２８は、透明であり、部分的に透明かつ反射性
のある金属層４２が、基板の面３０に対向する外面４４
に堆積させてある。

【００３８】この層４２の反射率は、波長５５０ｎｍで
５０〜９０％であり、このため金属光沢が生じ、したが
って、所望の美的外観を備えた文字盤が得られる。この
ような反射率を得るために、層４２の金属の厚さを調節
する。この金属層８の光反射率は、波長５５０ｎｍで６
０〜８５％であることが好ましい。

【００３９】厚さが２０ｎｍ程度、好ましくは３５ｎｍ
の層４２は、総表面積が、従来の時計の文字盤と同じ
（５ｃｍ² 程度）で、照度条件が低くても（１００ルク
ス）、電子時計の計時回路に電力を供給するのに十分な
電気エネルギー、すなわち通常電圧１．５Ｖで平均１μ
Ａ程度以上の電流を生成するのに十分な光を直列に接続
した３つの太陽電池に通過させることができる点に注意
されたい。

【００４０】金属層４２は、金、銅、アルミニウム、
銀、白金、パラジウム、ニッケル、チタン、ロジウムを
含むグループから選択した金属で形成することができる
が、同程度の反射特性を備えたその他の金属も適切であ
ることは当然である。

【００４１】層４２の金属は、従来、陰極スパッタ、気
相成長法、または電子銃で堆積させていたが、本発明で
は、層４２の外形を決めるマスクを用いて堆積させる。

【００４２】本発明は、光を透過させる基板を半透明材
とすることができるので、その基板を文字盤としてりよ
うすることができ、しかも基板に直接光起電力層を形成
させることができるので、従来のように、別の部品とし
た太陽電池と文字盤とを重ねる必要がない。したがっ
て、太陽電池と文字盤との境界による光の反射がなくな
り、文字盤の表面の審美感を良くすることができると共
に、効率よく光を利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の態様による、太陽電池で形成
した文字盤の概略透視図である。

【図２】 図１の長手方向部分断面図である。

【図３】 本発明の第２の側面による、太陽電池で形成
した文字盤の長手方向部分断面図である。

【図４】 本発明の第３の側面による、太陽電池で形成
した文字盤の長手方向部分断面図である。

【符号の説明】

１ 文字盤 ２ 基板 ４ 基板 ６ 電極 ８ 電極 １０ 物理化学的システム １２ 層 １４ 着色層 ２０ 封止フレーム ２２ 穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イヴ・リュダン スイス国・シイエイチ−2072・サン−ブレ ス・シュマン デ ドゥレイヌ・23

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一面に電極を備え光に当たるようにした
   第１の基板と、その第一の基板に対向する面に電極を備
   えた第２の基板とを含む少なくとも１つの再生光電気化
   学型太陽電池で形成され、光を吸収し、前記電極の端子
   間に電圧を生成することができる物理化学的システムを
   前記電極間に配設した、特に時計用の文字盤であって、
   前記第１の基板が半透明材料で形成されることを特徴と
   する文字盤。
2. 【請求項２】 ２つの電極間に配置される少なくとも１
   つのｎ−ｉ−ｐまたはｐ−ｉ−ｎ要素からなる少なくと
   も１つの複数の重ね合わせた層を設けた第１の面と、光
   に当たるようにされる第２の面とを備える基板で形成さ
   れた、特に時計用の文字盤であって、前記基板が半透明
   材料で形成されていることを特徴とする文字盤。
3. 【請求項３】 光に当たるようにした前記基板の光透過
   率が、波長５５０ｎｍで５０〜９０％、好ましくは６０
   〜８５％であることを特徴とする請求項１または２に記
   載の文字盤。
4. 【請求項４】 光に当たるようにした前記基板が、酸化
   アルミニウム、酸化ジルコニウム、またはオパールガラ
   スを基材として作製されることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の文字盤。
5. 【請求項５】 光に当たるようにした前記基板の厚さ
   が、０．３〜０．５ｎｍであることを特徴とする請求項
   １または２に記載の文字盤。
6. 【請求項６】 ２つの電極間に配置される少なくとも１
   つのｎ−ｉ−ｐまたはｐ−ｉ−ｎ要素からなる少なくと
   も１つの複数の重ね合わせた層を設けた第１の面と、光
   に当たるようにされる第２の面とを備える基板で形成さ
   れた、特に時計用の文字盤であって、前記基板が半透明
   材料で形成され、部分的に透明かつ反射性のある金属層
   が基板の前記第２の面に堆積されることを特徴とする文
   字盤。
7. 【請求項７】 前記金属層の光反射率が、波長５５０ｎ
   ｍで５０〜９０％、好ましくは６０〜８５％であること
   を特徴とする請求項６に記載の文字盤。
8. 【請求項８】 金属層の金属が、金、アルミニウム、
   銀、白金、パラジウム、ニッケル、チタン、ロジウム、
   銅を含むグループから選択されることを特徴とする請求
   項６に記載の文字盤。
9. 【請求項９】 金属層の最小厚さが２〜１０ｎｍ、最大
   厚さが１５〜４０ｎｍであることを特徴とする請求項６
   に記載の文字盤。