TW200944729A - Thin film holographic solar concentrator/collector - Google Patents

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200944729 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於太陽能之領域，且更輯 尺将疋s之關於使用微 結構化薄膜以收集且集申太陽輻射。 【先前技術】 在超過-個世紀中，在美國以諸如煤炭、石油及天然氣 之化石燃料提供主要能源。對替用能源之需要日益增加。 化石燃料為快速耗盡之不可再生能源。諸如印度及中國之 發展中國家的大規模工業化已對可用化石燃料造成相當大 之負擔。此外，地理政治問題可快速影響該燃料之供:^ 全球變暖亦在近年來引起較大關注。雖然認為許多因素造 成全球變暖，然而推測化石燃料之廣泛使用為導致全球變 暖之主要原因。因此急需尋找可再生且經濟可行，亦為環 境安全之能源。太陽能為可轉化為其他能量形式（諸如熱 能及電能）之環境安全可再生之能源。然而，太陽能作= 經濟競爭性可再生能源之用途被光能轉化為電能之低效率 及太陽能視一天中之時刻及一年中之月份而定之變化所阻 礙。 光伏打（PV)電池將光能轉化為電能且從而可用於將太陽 能轉化為電力。可使得光伏打太陽能電池極薄且模組化。 PV電池之尺寸可在數毫米至數十公分範圍内。一個電 池之個別電輸出可在數毫瓦（milliwatt)至數瓦（Wau)範圍 内。可將若干PV電池電連接且封裝以產生足夠電量。pv 電池可用於廣泛應用中，諸如為衛星及其他太空船提供動 138486.doc 200944729 力，提供住宅性電力及商業性電力，為汽車電池充電等。 太陽能集中器可用於收集且聚焦太陽能從而在pv電池 中實現較高轉化效率。舉例而言，拋物面鏡可用於將光收 集且聚焦於將光能轉化為熱及電之裝置上。亦可使用其他 . 類型透鏡及鏡面來顯著增加轉化效率。 * 冑用將光收集且聚焦於pv電池上且追蹤太陽一整天之 移動的光收集器及集中器可為有益的。另外具有在多雲的 日子收集漫射光之能力亦為有益的1而該等系統為複雜 & ’通常笨重且龐大。對於許多應用而言，亦希望此等光 收集器及/或集中器尺寸緊密。有可能使用全像薄膜作為 緊密太陽能收集器及/或集中器。 【發明内容】 在本文所述之各種實施例中，描述_種裝置，其包含一 光學輕合於一光電池之光導。該裝置進-步包含:光轉向 媒或光轉向層’其包含體積或表面繞射特徵或全像圖。入 〇 ㈣導上之光經具反射或透射性之體積或表面繞射特徵 或王像圖轉向’且藉由多次全内反射導向而穿過光導。將 經導向之光引導朝向一光電池。在某些實施例中，太陽能 ' ’亦用於加熱熱產生11以加熱水或自蒸汽產生電。在各種實 ' 施例中，光導為薄的（例如小於1毫米）且包含（例如）薄膜。 光導可由可撓性材料形成。可將多個光導層堆疊在彼此之 上以製得在較寬角度及/或波長範圍内運作且具有增加之 繞射效率的集中器。 在各種實施例中，揭示一種用於收集太陽能之裝置，其 J38486.doc 200944729 包含一具有頂面及底面之第一光導。該裝置進一步包含一 第一光電池及複數個繞射特徵，該等特徵經設置以將入射 至第一光導之該頂面上之環境光重定向以使該光在光導中 藉由自該頂面及該底面之全内反射而導向至該第一光電 池，其中該第一光導具有小於或等於丨毫米之厚度。 在各種實施例中，揭示一種用於收集太陽能之裝置，其 包含-用於導光之第一構件。導光構件包括頂面及底面且 光藉由在該頂面及該底面處之多次全内反射而在其中經導 向。該裝置進一步包含一用於吸收光之第一構件，該光吸 收構件經組態以產生由被光吸收構件吸收之光所引起之電 信號。該裝置亦包含複數個用於使光繞射之構件，該等光 繞射構件經設置以將入射至第一光導構件之該頂面上之環 境光重疋向以使該光在該光導構件中藉由自該頂面及該底 面之全内反射而導向至該第一光吸收構件，其中該第一光 導構件具有小於或等於1毫米之厚度。在一些實施例中， 光導構件包含光導，光吸收構件包含光電池或光繞射構件 包含繞射特徵。 在各種實施例中，揭示一種製造用於收集太陽能之裝置 的方法。該方法包含提供一具有頂面及底面之第一光導， 該光導包括複數個繞射特徵且藉由在該頂面及該底面處之 多次全内反射而將光在其中導向。該方法進一步包含提供 一第一光電池’其中該第一光導具有小於或等於1毫米之 厚度。在各種實施例中，將該複數個繞射特徵設置於第一 光導上。 138486.doc -6 - 200944729 在各種實施例中，揭示一種用於收集太陽能之裝置，其 包含將光在其中導向之第一及第二光導層。該裝置進一步 包含一第一光電池；第一複數個繞射特徵，該等特徵經設 置以將入射至該第一光導層上之環境光重定向；及第二複 . 數個繞射特徵，該等特徵經設置以將入射至該第二光導層 . 之環境光重定向·，其中將光在該第一光導層及該第二光 導層中導向至該第一光電池。 在各種實施例中，揭示一種用於收集太陽能之裝置，其 ® 包含至少一種光收集器。該光收集器包含：具有頂面及底 面及複數個繞射特徵之光導，該等特徵經組態以將入射至 該光導之該頂面上之環境光重定向；至少一光電池及太陽 能熱產生器。 在各種實施例中’揭示一種用於收集太陽能之裝置，其 包含一具有頂面及底面之光導，其藉由在該頂面及底面處 之多次全内反射將光在其中導向。該裝置進一步包含一光 瘳 電池及一透射繞射元件，該元件包含複數個繞射特徵，該 等特徵經設置以將入射至光導之該頂面上之環境光重定向 以使該光在光導中藉由自該頂面及該底面之全内反射而導 . 向至該第一光電池。 ，在各種實施例中，揭示一種用於收集太陽能之裝置，其 包含一用於導光之構件，該光導構件具有頂面及底面且藉 由在該頂面及底面處之多次全内反射將光在其中導向。該 裝置進一步包含一用於吸收光之構件，該光吸收構件經組 態以產生由被光吸收構件吸收之光所引起之電信號。該裝 138486.doc 200944729 置亦包含一藉由透射使光繞射之構件，該光繞射構件包含 複數個繞射特徵，該等繞射特徵經設置以將入射至光導之 該頂面上之環境光重定向以使該光在光導中藉由自該頂面 及該底面之全内反射而導向至該光吸收構件。在各種實施 例中，光導構件包含光導，光吸收構件包含光電池或藉由 透射之光繞射構件包含透射繞射元件，其包含複數個繞射 特徵。 在各種實施例中，揭示一種製造用於收集太陽能之裝置 的方法。該方法包含提供一具有頂面及底面之光導，該光 導包括包含複數個繞射特徵之透射繞射元件且藉由在該頂 面及該底面處之多次全内反射將光在其中導向，及提供一 光電池。 在各種實施例中，揭示一種用於收集太陽能之裝置，其 包含用於導光之第一及第二構件。該裝置進一步包含一用 於吸收光之第一構件’其中該光吸收構件經組態以產生由 被光吸收構件吸收之光所引起之電信號。該裝置亦包含用 於使光繞射之第一複數個構件及用於使光繞射之第二複數 構件該第及第二複數個光繞射構件經组態以將入射 至該第-光導構件及該第二光導構件上之環境光重定向。 光在該第-光導構件及該第二光導構件中被導向至該第一 光吸收構n在各種實施例中，第—光導構件及第二光導 構件包含料’第—光吸收構件包含光電池且第—及第二 複數個光繞射構件包含繞射特徵。 在各種實知例中’揭示一種製造用於收集太陽能之裝置 138486.doc 200944729 的方法。該方法包含提供將光在其中導向之第一及第二光 導層，該第-光導層將第-複數個繞射特徵包括於其中且 該第二光導層將第二複數個繞射特徵包括於其中。該方法 進-步包含提供一第一光電池。在一些實施例中，=在該 . 帛―光導層及該第二光導層中被導向至該第一光電池。在 ， -些實施例中，將第—及第二複數個繞射特徵設置於該第 一光導層及該第二光導層上。 在各種實施例中，揭示一種用於收集太陽能之裝置，其 包含至少一種用於收集光之構件。光收集構件進一步包含 用於導光之構件，該光導構件具有一頂面及底面及複數 個用於使光繞射之構件。光繞射構件經組態以將入射至該 光導構件之該頂面上之環境光重定向。該裝置進一步包含 至少一種用於吸收光之構件，該光吸收構件經組態以產生 由被光吸收構件吸收之光所引起之電信號。該裝置亦包含 一用於將熱能轉化為電能或機械能之構件^在各種實施例 _ 中，光收集構件包含光收集器，光導構件包含光導，光繞 射構件包含繞射特徵，光吸收構件包含光電池或熱能轉化 構件包含太陽能熱產生器》 在各種實施例中，揭示一種製造用於收集太陽能之裝置 的方法。該方法包含提供至少一種光收集器’該光收集器 包含一具有頂面及底面及複數個繞射特徵之光導，該等特 徵經組態以將入射至該光導之該頂面上之環境光重定向。 該方法進一步包含提供至少一光電池及提供一太陽能熱產 生器。 138486.doc -9- 200944729 【實施方式】 本文中所揭示之實例實施例在隨附示意圖中經說明，其 僅出於說明性目的。 以下詳細描述係關於本發明之某些特定實施例》然而， 本發明可以許多不同方式來體現。如自以下描述中將顯而 易見，該等實施例可在經組態以收集、截留及集中來自一 來源之輻射的任何裝置中實施。更特定言之，預期本文所 述之實施例可在多種應用中實施或與多種應用相關，諸如 提供住宅性電力及商業性電力，為諸如膝上型電腦、 PDA、手錶、計算器、行動電話、攝錄一體機 (camcorder)、靜態攝影機及視訊攝影機、mp3播放器等提 供電力。此外，本文所述之實施例可用於可穿戴之發電衣 服、鞋及配飾。本文所述之一些實施例可用於為汽車電 池、導航儀器充電及抽水。 本文所述之實施例亦可在航空 及衛星應用中獲得使用。其他應用仍有可能。

反射導向而穿過該伞道。监止_ ’且藉由多次全内

138486.doc :緣 環 降 ^ ^ Λ 1?'J f » -10- 200944729 =用於為熱產生器提供動力（例如加熱）以加熱水或 广產生電。光導可形成為板、片或膜。在各種實施例 /導為薄的（例如小於1公分）且包含（例如）薄膜。光導 可由剛性或半剛性材料製造。在—些實施例中，光導可由 可撓性材料形成。光導可包含具反射或透射性之表面及體 積^特徵或全像圖。可將多個光導層堆疊在彼此之上以 製付在較寬角度及/或波長範圍内運作且具有增加之繞射 效率的集中器。

本文中所揭不之本發明之若干實施例使得能夠以包含全 像元件之平坦集中器設備來收集之日光以傳遞至光電池 處。環境日光由繞射或全像元件捕獲且耦合成光導之導向 模式。圖1A展示包含由空氣包圍之光導1〇1之實施例之側 視圖。光導101可包含對於一或多個波長之輻射大體上光 學透射之光學透射材料。舉例而言，在一實施例中，光導 101對於可見及近紅外區之波長可為大體上光學透射的。 在其他實施例中，光導101對於紫外或紅外區之波長可為 透明的。光導101可包含大體上光學透射之板、片或膜。 光導101可為平坦的或彎曲的。光導101可由剛性或半剛性 材料（諸如玻璃或丙烯酸系物）形成以便對實施例提供結構 穩定性。在其他實施例甲，光導101可由諸如可撓性聚合 物之可撓性材料形成。在若干其他實施例中，可使用例如 聚甲基丙稀酸曱酯（PMMA)、聚碳酸酯、聚酯（例如pET)、 環烯烴聚合物（例如Zeonor)之其他材料形成光導ιοί。在一 些實施例中厚度可決定光導1〇1為剛性或可撓性。在某些 138486.doc 200944729 實施例中，光導101可包含設置於基板上之薄膜。基板可 為不透日月、部分或大體上完全光學透射或透明&。基板可 為剛性或可撓性的。 光導101可包含兩個表面。上表面經組態以接收環境 光。在一些實施例中，光導之底面可黏附於基板。光導 101 了以周圍複數個邊緣為界。在各種實施例中，光導1 〇 1 之長度及寬度大體上大於光導101之厚度。光導101之厚度 可介於0.1 mm至10 mm之間。光導1〇1之面積可介於i 〇 〇1^至10,000(；1112之間。然而，超出此等範圍之尺寸亦為可 能。 如圖1A中所示，考量入射於光導1〇1之實施例之上表面 上之環境光線102i發生於空氣中。光線1〇2i以關於表面之 法線成角度Θ;入射》在一些實施例_，光線1〇2丨將折射至 光導101中成為關於法線成角度1之光線102r，且隨後將自 光導101中透射至周圍空氣介質中成為關於法線成角度1之 光線102t。在一些實施例中，光線1〇2t自光導1〇1中透射之 角度et近似等於光線102i入射於光導1〇1上之角度。 折射光線102r在光導101内與光導1〇1之法線所成之折射 角0『可由斯奈爾定律（Sneu，s丨aw)計算且等於光導材料之折 射率與空氣介質之折射率之比率的反正弦。如圖1B中所 示，在一些實施例中，自空氣入射於光導101上且位於半 球102中之光線在由光線1〇3&及1〇3b界定之錐形内折射， 且隨後自光導101中透射。因為在此等實施例中入射光線 與入射角無關幾乎總自光導中透射，可能難以使用該光導 138486.doc •12· 200944729 截留且將光在其中導向。 為防止圖1A之光線102r自光導ι〇1中透射，折射角心必 須大於或等於構成光導1〇1之材料之臨界角0tir。臨界角 0TIR為自光學較緻密介質傳至光學較稀疏介質之光線全内 反射時之最小入射角。臨界角01_化視光學較緻密介質及光 學稀疏介質之折射率而定。參考圖1Α，因此臨界角0T1R視 構成光導101之材料及圍繞光導1〇1之材料（例如空氣）而 定。在一些實施例中’由斯奈爾定律可展示對於發生於空 ® 氣中之光線（例如如圖i A中所示），當入射角關於表面之法 線近似等於90度時，折射角近似等於臨界角。 光導内可包括光轉向元件以截留入射於光導上之環境光 且將此入射光轉化為光導之導向模式。光轉向元件可將光 導内之入射光線之角度轉向以使光線可在光導内藉由全内 反射而導向。在一些實施例中，由光導收集且導向之光之 量可稱為該光導之光收集效率。因此，在各種實施例中， φ 光轉向元件可致能及/或增加光導之光收集效率。可將由 包含光轉向元件之光導收集且導向之光向一或多個設置於 光導之一或多個邊緣處之光電裝置（例如太陽能電池）傳 • 遞。藉由適當選擇尺寸及構成光導之材料，入射之環境光 線可被導向穿過光導且傳遞所需距離。 圖⑴及⑴說明進一步包含光轉向元件1〇5之光導1〇1之 實施例。光轉向元件1〇5可為微結構化薄膜。在一些實施 Μ ’光轉向元件U)5可包含體積或表面起伏繞射特徵或 全像圖。光轉向元件105可為薄板、薄片或薄膜。在一些 138486.doc -13· 200944729 實施例中光轉向元件105之厚度可在約丨μιη至約100 μπικ 圍内，而在其他實施例中可為較大或較小。在一些實施例 中，光轉向元件或光轉向層105之厚度可介於5 0111與5〇 之間。在一些其他實施例中’光轉向元件或光轉向層105 之厚度可介於1 μm與10 μιη之間。光轉向元件1〇5可藉由黏 著劑附接於光導1〇1之表面。黏著劑之折射率（index)可與 構成光導101之材料匹配。在一些實施例中，黏著劑之折 射率（index)可與構成光轉向元件ι〇5之材料匹配。在一些 實施例中，可將光轉向元件105層壓於光導1〇1上。在某些 @ 其他實施例中’可藉由壓印、模製或其他方法使體積或表 面繞射特徵或全像圖形成於光導101之上表面或下表面 上0 體積或表面繞射元件或全像圖可以透射或反射模式運 作。透射繞射元件或全像圖通常包含光學透射材料且使穿 過該處之光繞射。反射繞射元件及全像圖通常包含反射材 料且使自該處反射之光繞射。在某些實施例中，體積或表 面繞射元件/全像圖可為透射及反射結構之混雜物。繞射 〇 70件/全像圖可包括彩虹全像圖、電腦產生之繞射元件或 全像圖或其他類型之全像圖或繞射光學元件。在一些實施 · 中反射全像圖可為較佳優於透射全像圖，因為反射全 像圖在收集且導向白光方面可能比透射全像圖更佳。在彼 等需要某種程度透明度之實施例中，可使用透射全像圖。 在13多個層之實施例中，透射全像圖可較佳優於反射全 圖在下文所述之某些實施例中，透射層（例如透射全 138486.doc -14- 200944729 像圖）之堆疊可適用於增加光學效能。透射層亦可適用於 經設計允許一些光穿過光導至光導之下之空間區域的實施 例。出於权s十或美學目的’繞射元件或全像圖亦可反射或 透射顏色。在出於設計或美學目的使光導經組態以透射一 或多種顏色之實施例中，可使用透射全像圖或彩虹全像 圖。在出於設計或美學目的可使光導經組態以反射一或多 種顏色之實施例中’可使用反射全像圖或彩虹全像圖。 下文中參考圖1C及1D解釋光轉向元件105之一個可能優 勢。圖1C展示一實施例’其中光轉向元件1〇5包含透射全 像圖且設置於光導101之上表面上。環境光線1〇2i以入射 角0!入射於光轉向元件1〇5之頂面上。光轉向元件1〇5使入 射光線102i之方向轉變或使其繞射。使繞射光線丨〇2b入射 於光導101上以使光導101中之光線l〇2r之傳播角為大於 〇tir之Θ"!。因此在不存在光轉向元件1〇5之情況下將自光 導101中透射且未在光導101内導向之光線l〇2t(例如如圖 1A中所示）如今在存在光轉向元件1〇5之情況下在光導1〇1 内收集且導向。光轉向元件105可因此增加光導1〇1之收集 效率。 圖1D說明一實施例，其中光轉向元件1 〇5包含反射全像 圖且設置於光導101之底面上。如先前參考圖1A所描述， 光線102i以角度Θ丨入射於光導101之上表面上以使光線1 〇2r 之傳播角為Θ'!。當折射光線l〇2r照到光轉向元件1〇5上 時，其由光轉向元件105以大於光導101之臨界角0TIR之角 度Θ"!轉向成光線102b。由於角度Θ"〗大於臨界角0TIR，因此 138486.doc -15- 200944729 隨後光線l〇2b在光導101内經由多次全内反射被導向。因 此先前不受光導101導向之光線102i(例如如圖1A中所示）如 今由於光轉向元件105之存在而在光導101内導向。在一些 實施例中，光導101及光轉向元件105—起可稱為光收集 器’或若其包含膜或層則稱為光收集膜或光收集層》 如上所述，可使用光轉向元件增加受光錐角，位於其内 之光線被光導收集且導向。圖2Α展示光導201之一實施 例’該光導包含設置於光導201之上表面上之具有體積或 表面繞射特徵之光轉向元件205。以半角β位於錐形204之 内的入射光線（下文稱為不受導向之光）由光轉向元件2〇5轉 向或彎曲以使光導201中之轉向或彎曲光線之傳播角小於 或等於Gtir。因此，位於不受導向之光錐204内之入射光線 可自光導中透射。在各種實施例中，如下文關於圖2B所 述’位於不受導向之光錐2〇4外之光線可在光導内被收集 且導向。 在光轉向元件205中’可形成表面或體積繞射特徵或全 像圖以便沿不同方向接受環境光。舉例而言，在圖2B中說 明之實施例中，表面或體積繞射特徵可接收錐形2〇6及錐 形207内之入射光線且使該等光線轉向，其中錐形2〇6位於 以-X及y轴為界之第二幾何象限且錐形2〇7位於以父及y軸為 界之第一幾何象限。錐形206内之光線沿錐形2〇8内之路徑 傳輸，而錐形2〇7内之光線沿錐形2〇9内之路徑傳輸。錐形 208及209内之光線可在光導201内被導向且可耦合至一光 電裝置（例如光電池）中，該裝置可沿光導2〇1之邊緣設置。 138486.doc 200944729 全像圖藉由記錄由光敏板、光敏媒或光敏層上之兩個光 束之干擾產生的圖案而製造。兩個光束之一者稱作輸入光 束且另I稱作輸出光束。該兩個光束干擾且將所得干擾 圖案在光敏板、光敏膜或光敏層上記錄為折射率之調變 . (例如體積全像圖）或記錄為外形特徵（例如表面全像圖 • (SUrface h〇l〇gram))。在一些實施例中，干擾圖案可記錄 為條紋或格子。在某些實施例中，干擾圖案（或全像圖案） 可記錄為折射率之變化。該等特徵稱為體積特徵（例如在 體積全像圖中）。圖3A展示包含體積特徵之全像板、全像 膜或全像層之側視圖。在其他實施例中’干擾圖案可記錄 為王像板、全像膜或全像層之（例如）表面上之外形變化。 該等特徵稱為表面起伏特徵（例如在表面全像圖或繞射光 學元件中）。圖3B展示包含表面起伏全像或繞射特徵之全 像板、全像膜或全像層之側視圖。 為使第二光束再現，可由第一光束照射全像板、全像膜 〇 或全像層。在一些實施例中，全像板、全像膜或全像層之 轉化效率可定義為由全像板、全像膜或全像層輸出之光與 輸入至該全像板、全像膜或全像層上之光之比率。在一些 -實施例中，體積全像圖之轉化效率可高於表面全像圖之轉 • 化效率。在某些實施例中，如圖3C中所示可將較低折射率 平坦化材料設置於表面全像特徵上。平坦化表面全像圖可 有利地允許額外層在全像圖表面上形成且可保護表面特 徵’從而達成更穩固之結構。平坦化亦可有利地使得多個 光收集膜能夠層壓在一起。 138486.doc •17- 200944729 圖4A展示一種製造包含體積透射全像圖之實施例4〇〇之 方法。該方法包含在光導401之上表面上設置光敏板、光 敏膜或光敏層405。如上所述，例如可藉由黏著層將光敏 板、光敏膜或光敏層405層壓或黏附於光導401上。此黏著 層可與光導401折射率匹配。在其他實施例中，將光敏材 料塗佈於光導401上《在某些實施例中，光敏板、光敏膜 或光敏層405可稱為全像記錄材料。光敏板、光敏膜或光 敏層405可包含照相乳膠、重鉻酸鹽明膠、光阻劑、光熱 塑性塑膠、光聚合物、光色材料（ph〇t〇chr〇mic)、光折射 材料（photorefractive)等。在一些實施例中，全像記錄材料 可包含一層鹵化銀或其他光敏化學品。繞射特徵可藉由將 光敏材料曝露於諸如干擾圖案之光圖案而在光敏材料中形 成。 例如在某些實施例中’該方法包含將第一光源4〇8及第 二光源407設置於光導4〇1之前方。將耦合稜鏡4〇6設置於 全像記錄材料405上以使來自第一光源408之光束（亦稱為 參考光束）可以陡峭角度入射於全像材料上且為光導4〇1之 導向模式。來自第二光源407之光束（亦稱為物體光束）亦經 由耦合稜鏡而經引導朝向全像記錄材料。將物體光束與參 考光束之間之干擾記錄在全像記錄材料上。在照相底板、 照相底膜或照相底層405顯影之後，實施例4〇〇可用於如圖 4B中所示收集且導向曰光。當曝露於曰光下時，實施例 4〇〇將使具有與物體光束之入射角近似相同之入射角的日 光光線轉向且將其導向穿過光導。使入射之太陽光線 138486.doc •18- 200944729 在光導401内沿與受導向之參考光束相同之方向導向。 如圖4C令所示藉由改變參考光束及物體光束之角度可記 錄多個全像圖。在圖4C中，光線411〇表示以第一入射角入 射之物體光束，而光線412〇表示以第二入射角入射之物體 光束。光線411r及光線412r表示分別對應於物體光束411〇 及412〇之參考光束。以第一角度入射之太陽光線將沿參考 光束411r之方向被收集且經導向而穿過光導而以第二角度 入射之太陽光線將沿參考光束4121•之方向被收集且經導向 而穿過光導。因此包含多個全像圖之轉向層可收集且導向 以多個角度入射之太陽光線。 藉由改變參考光束之波長及/或入射角亦可記錄多個全 像圖。舉例而言，在一實施例中，對於三種不同波長之參 考光束（例如紫外線、藍光及綠光）可記錄三種不同全像 圖。在一些實施例中’參考光束之波長可為約325 μιη，約 365 μιη，約418 μηι及約532 μιη。若可利用適當的記錄介 質’則可將紅光雷射用作參考光束《記錄不同波長之參考 光束之多個全像圖對於收集太陽光譜中較寬範圍之波長的 光可為有益的。 圖5Α展示一種製造包含反射全像圖之實施例5〇〇之方 法。在此實施例中，該方法包含在光導5〇1之底面上設置 光敏板、光敏膜或光敏層505。可將照相底板、照相底膜 或照相底層塗佈於或層壓於光導501之底面上。如上參考 囷4Α所述’可使用黏著劑將光敏板、光敏膜或光敏層接合 於光導501。將參考雷射源508設置於光導501之後方以使 138486.doc -19- 200944729 參考光束入射於光導501之底面上。如上所述，參考稜鏡 506可用於將參考光束以陡峭角度（例如θ")耦合以產生為光 導501之導向模式之光束》將光源507設置於光導5〇1之前 方以使物體光束入射於光導501之上表面上。將自光源5〇7 發出之物體光束與參考光束之間之干擾圖案記錄在全像記 錄材料上。如圖5Β中所示，以與來自圖5Α之光源5〇7之物 體光束近似相同之入射角入射於光導5〇1上之太陽光線將 沿受導向之參考光束之方向被導向穿過光導。 其他記錄全像圖之方法亦係可能的。舉例而言，在一實 施例中產生所要導向模式之母板全像圖案可用於將所要全 像圖案壓印於轉向膜或轉向層上或經由光學法再現所要全 像圖案。產生所要導向模式之全像圖案亦可藉由光學法或 藉由使用電腦程式（例如電腦產生之全像圖）製造。 如上文所製造之包含光轉向元件的光導可用於收集且集 中曰光且因此可稱為光收集器。雖然大部分入射於光收集 器上之光將被捕獲，但仍有一部分入射於此等光收集器上 之環境光未被收集且可自光收集器中引出，從而降低光收 集器之收集效率。為改良光收集效率，可將多個光收集器 包括於；t隹疊中。在一些實施例中，複數個光收集器層包 3與光轉向兀件一起設置之光導(該光轉向元件包含表面 或體積繞射特徵或全像圖），以使透射穿過上部光導層之 光可由下部光導層接收。 圖6展不包含二個光導層6〇la、601b及601c之實施例。 使一個光導層堆叠以使在任何兩個連續光導層之間包括空 138486.doc 200944729 氣間隙603。將光轉向元件6〇2a、602b及602c設置於光導 層601a、601b及601 e之表面上。每一光轉向層包含使光經 由不同角度轉向之體積或表面起伏繞射特徵。舉例而言， 在圖6中，在錐形604内之環境光入射於設置在光導601&上 之光轉向元件602a上。光轉向元件602a可使入射光轉向成 導向模式。以大於臨界角之角度耦合離開光轉向元件6〇2& 之光線（例如位於錐形605内）將耦合成光導60la之導向模 式。以小於臨界角之角度自光轉向元件6〇2a中引出之光線 (例如位於錐形606内）不會被收集且將入射於設置在光導 601b上之光轉向元件602b上。光轉向元件6〇2b可使入射於 其上之光轉向。以大於臨界角之角度耦合離開光轉向元件 602b之光線（例如位於錐形607中）將耦合成光導6〇丨b之導向 模式’而以小於臨界角之角度自光轉向元件6〇2b中引出之 光線（例如位於錐形608内）將耦合離開光導6〇lb。類似地， 光轉向元件602c可使入射於其上之光轉向。以大於臨界角 之角度耦合離開光轉向元件602c之光線（例如位於錐形6〇9 中）將麵合成光導601c之導向模式。因此，環境光之大部 分可由上述多個光導之堆疊收集。在一些實施例中，在所 要之角度及光譜範圍内，所有組合之層的累積光收集效率 可接近約1〇〇。/^在某些實施例中，光轉向元件602a、6〇2b 及602c可使入射光轉向近似相同或不同角度。在某些實施 例中，光轉向元件602a、602b及602c可包含不同表面起伏 繞射特徵或全像圖以使三個光轉向元件之各者收集不同波 長之光。在某些實施例中，不同光導6〇la、6〇115及6〇卜可 138486.doc •21- 200944729 收集不同波長之光。在一實施例中，堆叠之光導僅可收集 彼等可由光電池轉化為電能之波長之光（例如可見波長）， 而可損壞光電池或光導或全像材料之紫外（uv)及紅外（IR) 輻射自光導層中透射。可將所透射之UV及IR輻射傳遞至 另一元件，諸如產熱元件。該產熱元件可加熱水（例如）以 提供熱水或熱量。在一些實施例中，水或其他液體（例如 油）可形成蒸汽。此蒸汽可用於驅動一或多種渦輪機且發 電。此等自太陽能輻射產生熱之方法可稱為太陽能發熱。 在各種實施例中’太陽能熱產生器可用於加熱例如水、油 之流體或氣體以產生電及/或機械動力。 圖7說明一複合光收集器，其包含堆疊在一起且其之間 無空氣間隙之光導層701a、701b及701c。將光轉向元件 702a、702b及702c設置於光導層701a、7011)及7〇1(；之上表 面上。可將光導與光轉向元件層壓在一起。在一些實施例 中’可將所有光導及光轉向元件如圖7中所示光學耦合在 一起以形成單個光導。入射於複合光導之上表面上之光可 與其他光轉向膜或光轉向層702a、702b及702c之任一者相 互作用且可轉化為光導之導向模式。此堆疊光導之方法之 優勢在於複合光導層之總厚度可減少。在一些實施例 中’該複合光導之總厚度可小於1 cm，不過超過此範圍之 值亦為可能。舉例而言，在一實施例中，若所層壓之複合 光導具有空氣間隙’則光導之厚度可大於i cm。在多層複 合光導中各層之厚度可近似為1 mm。在一些實施例中，光 導之厚度可小於0.5 mm。在一些其他實施例中，光導之厚 138486.doc -22- 200944729 度可小於1 mm。 圖8展示包含多個光導80 la、80 lb及801c之複合光收集 器。各光導80 la、801b及801c由低折射率材料層803分 隔。在一些實施例中低折射率材料層803可稱為覆蓋層。 在各種實施例中，低折射率材料層803可光學隔離各光 導。因此，在一些實施例中’低折射率材料層8〇3可稱為 光學隔離層。複合光收集器進一步包含設置於光導8〇la、 801b及801c之表面上的光轉向元件（例如8〇2a、8〇2b及 802 c)。如上參考圖6所述，入射於複合光導之上表面上之 光之第一部分被導向穿過光導801a，而入射於複合光導之 上表面上之光之第二部分透射穿過光導8〇la，其隨後入射 於光導80lb上。入射於光導之堆疊之上表面上之光之一部 分被導向穿過光導801b，而入射於光導8〇lb上之光之另一 部分自光導801b中透射且隨後入射於光導8〇1〇上。此過程 重複直至所要角度及/或光譜範圍内之光之大部分被複合 光收集器收集且導向》 對於上述堆疊複合光收集器之每一實施例，藉由設計各 光轉向元件以捕獲或收集不同角度錐形以及不同光譜區内 之光可進一步增加光收集效率。下文詳細描述此概念。在 圖9中展示之實施例900中，多個光導層9〇1、902、903、 904、905及906堆疊在一起以形成複合光收集結構。如圖9 中所示，可將PV電池913關於複合光收集結構橫向設置。 如圖9A中所示，901至906之各光導層進一步包含包含繞射 特徵或全像圖之光轉向元件907至912。不同光轉向元件 138486.doc •23· 200944729 907至912經組態以捕獲自周圍介質（例如空氣）以不同角度 入射於光收集器上之光。舉例而言，在一實施例中光轉向 元件907可捕獲或收集關於光轉向元件907之法線介於約〇 度與-15度之間入射之光線。光轉向元件908可收集關於光 轉向元件908之法線介於約-15度與-30度之間入射之光線。 而光轉向元件909可收集關於光轉向元件909之法線介於 約-30度與-45度之間入射之光線◎光轉向元件91〇可收集關 於光轉向元件910之法線介於約〇度與15度之間入射之光 線。光轉向元件911可收集關於光轉向元件911之法線介於 © 約15度與30度之間入射之光線，且光轉向元件912可收集 關於光轉向元件912之法線介於約30度與45度之間入射之 光線。因此，複合光收集結構可有效收集關於複合光導之 表面之法線介於約-45度與45度之間入射之光。在一些實 施例中’複合光收集結構可有效收集關於複合光導之表面 之法線介於約-80度與80度之間入射之光。在某些實施例 中’複合光收集結構可有效收集關於複合光導之表面之法 線介於約±70度或±60度或±50度之間入射之光。上文列舉 〇 之收集角度僅為舉例》在各種其他實施例中其他範圍之收 集角度亦為可能的。 堆疊若干各經組態以收集不同錐形之光之光收集層的一 可能優勢在於無需機械改變光收集器之方向即可在一天之 · 大部分時間内有效收集光。舉例而言，在早晨及晚上太陽 光線以掠射角（grazing angle)入射，而在中午太陽光線接 近垂直入射。圖9中所描述之實施例可以在早晨、下午及 138486.doc -24- 200944729 晚上皆近似相等之效率收集光。

圖ίο展示包含多個堆辱A 耳登在一起之光導層1001、1002及 1003之實施例。各光導 ^ 疋等層進一步包含光轉向元件1004、 10 0 5及1〇〇6，該奪；A ^ 件各自包含繞射特徵或全像圖。光伏 打（PV)電池 1007、1〇〇8芬 1叫8及1〇〇9關於各光導層1〇〇1、1〇〇2及 03橫向„又置。各光轉向元件1〇〇4、⑽$及⑽6經組態以 收集具有等於相應PV電池之帶隙之能量的不同光譜範圍中

❹ ，光°舉例而S ’如圖10中所示，入射光束ΗΗ0包含光譜 範圍Δλ!中之光’入射光束1〇11包含光譜範圍厶人2中之光； 入射光束1012包含光譜範圍中之光且入射光束1〇丨3包 含光譜範圍Δλ4中之光。在某些實施例中，光譜範圍、 △λ2及Δλ3可對應於藍光、綠光及紅光。光轉向元件1〇〇6可 有效收集光譜範圍Δλι中之光且將其轉向為光導1〇〇1之導 向模式，引導朝向PV電池1〇〇7 ^ pv電池1〇〇7之帶隙有效 吸收光譜範圍Δλ!中之光。類似地，光轉向元件1〇〇5及 1 〇〇4分別可有效收集光譜範圍Δλ2及Δλ3中之光且將其轉向 為光導1002及1003之導向模式，引導朝向ρν電池1〇〇8及 1009。PV電池1008及1009之帶隙分別有效吸收光譜範圍 △λ2及Δλ3中之光。圖10中說明之實施例亦展示包含光譜範 圍Δλ4中之光的光束1013 ’其為不想要之光譜範圍（例如IR 或UV)。光束1013未經光轉向元件1〇〇4、1005及1006之任 一者轉向且透射出。 如本文中所述，可將具有不同全像層或繞射光學元件之 多個光導或光導層堆疊。儘管圖6-8及圖10中展示具有三 138486.doc •25· 200944729

個不同全像層錢射光學元件之三個光導或光導層，但亦 可使用具有更多或更少不同全像層或繞射光學元件之更多 或更少光導或光導層。不需要在整個堆疊中使用相同組 態。舉例而言，可使用空氣間隙分隔一些光導而可使用低 折射率材料分隔其他光導。另外，相互未光學隔離之光導 層亦可與-或多種光學隔離之光導一起包括在内。使用多 個堆叠可改良效率。多個全像層之效率（例如）通常高於單 層中所記錄之多個全像圖之效率。因&，經全像圖繞射且 (例如）耦合至光電池之光之量可增加。 在各種實施例中，光導為薄的，例如小於…分。在某 些實施例中，光導可例如小於1 mm、G5 _或〇25 _了 因此’光導可稱為薄膜。該等薄膜可包含聚合物或塑膠。 該等薄膜可為㈣、可撓性的、廉價的且易於製造。

包含繞射特徵之光轉向元件亦可為薄的，例如小於ι〇〇 ㈣。在某些實施例中光轉向元件可（例如）小於50叫、10 μηι或1 μηι $樣’光轉向元件可稱為薄膜。該等薄膜可 匕含光敏材料。舉例而言，在—實施例中光轉向元件可包 含來自DuPont，WUmingt〇n，〇Ε之全像聚合物。 在各種實施例中’可在包含光導之載體上形成光轉向元 件。如上所述’此載體可小於1毫米厚度（例如小於0.5 0.3 mm或〇.1 mm)之薄膜。類似地此載體可包含聚 合物或塑膠且為可撓性及廉價的。 可將全像記錄材料塗佈於載體上且在該塗層中可記錄全 像圖或繞射光學疋件。在一些實施例中可將此塗層顯影以 138486.doc •26- 200944729 形成光轉向特徵。在某些實施财，可使用母板來形成載 體上之塗層中的光轉向特徵。可將光學法與母板共同使用 來形成塗層中之光轉向特徵。亦可使用諸如壓印之其他方 法來自母板形成光轉向特徵。 . 可（例如）將母板設置於一圓筒（drum)上且其上具有塗層 之載體可穿過該滾筒以在塗層中產生繞射特徵。在一些實 施例中，該組態係用於壓印法。在一些實施例令，為使表 面平坦化及/或保護繞射特徵或出於其他原因，可將一層 ® 設置於諸如圖3C中所展示之繞射特徵上。在一些實施例 中，該層可包含折射率比光轉向元件低之低折射率材料。 為製造大型母板，可使用光學法經由電腦產生法製造第 一母板。在一些實施例中，該第一母板可包含具有由光微 ；5V及钱亥j技術形成之特徵的晶圓。可使用其他方法來製造 此第一母板。此母板可用於生產複數個相同電鑄形體 (electroform)。在一些實施例中，此等電鑄形體之寬度及 參長度可小於12吋。在一些實施例中，該等電鑄形體之寬度 及長度可為約6吋。該等電鑄形體可布置成一陣列且安裝 於一基板上以產生較大母板。該母板可包括（例如）1〇2〇個 - 該等電鑄形體。較大之母板可用於製造其中具有轉向特徵 之大型薄片。可使用諸如熱壓印、uv壓印等之壓印法。 亦可使用其他方法。在一些實施例中該等薄片可大於】公 尺寬。此方法使得能夠生產大型薄片而無需使用非常大之 光學器件，諸如透鏡、稜鏡及/或鏡面。 在另一實施例中，將在可包含光導之基底薄膜或載體上 138486.doc -27- 200944729 形成之全像特徵或繞射轉向特徵之薄片設置於共用載體膜 上。此載體膜可比條帶寬。在一實施例中（例如），條帶為 5-10公分寬且布置於約丨公尺寬之載體上。然而，在此等 範圍之外的尺寸亦為可能的。可使用黏著劑將全像或繞射 層黏附於載體膜上。其上設置全像特徵或繞射轉向特徵之 層（例如載體、黏著劑及基底薄膜）之任一者或全部可用作 光導且將光在其中傳播及導向。 如上所述’可將光收集器與PV電池整合以捕獲日光且 將其轉化為電。圖11A展示與光收集器1102整合之pv電池 iioi之透視圖。光收集器1102包含前部表面11〇2f及後部 表面1102r。光收集器1102進一步包含介於前部表面u〇2f 與後部表面1102r之間的複數個邊緣11 〇2e。如圖11 a中所 不，可將PV電池iioi關於複數個邊緣11〇26中之一或多者 橫向sx置。可形成光收集器以便捕獲及收集不同入射角及 不同波長之光且將所捕獲之光朝向一或多個pV電池引導。 圖11B展示一實施例之俯視圖，該實施例包含一光收集 器1102及沿該光收集器1102之一個邊緣設置之pv電池 1101。圖11C展示一實施例之俯視圖，其中沿光收集器 1102之兩個不同邊緣設置兩個pv電池11〇1，而圖ud展示 一實施例之俯視圖，其中沿光收集器11〇2之四個不同邊緣 設置四個PV電池1101。沿光收集器之一或多個邊緣設置超 過四個PV電池之實施例亦係可能的。光收集器可經設計以 使不同波長之入射光經引導朝向不同Pv電池。在一些實施 例中，可將PV電池設置在光收集器11〇2之一或多個轉角 138486.doc -28- 200944729 處。 如圖12中所示，可使不想要之波長的入射光朝向設置於 光收集器之後方的太陽能熱轉換器自光收集器中透射《圖 12展示可由入射光發熱及發電之系統的側視圖。展示於圖 12中之實施例包含光收集器12〇1。光收集器1201由光導及 具有繞射特徵或全像圖之光轉向層組成。展示於圖12辛之 實施例進一步包含關於光收集器12〇1之邊緣横向設置之pv 電池1202。藉由光收集器1201收集且導向入射之太陽能輻 射之一部分朝向PV電池1202，在PV電池1202中其轉化為 電。太陽能輻射之不想要之光譜頻率（例如UV及IR)自光收 集器1201中透射且朝向產熱元件12〇3(例如太陽能熱轉換 器）引導。 可使用包含表面繞射特徵或全像圖之光收集板、光收集 片或光收集膜之使用方法以實現具有增加之效率且可為廉 價、薄、輕質及環境上穩定且穩固的太陽能電池。包含耗 合於光電池之光收集板、光收集片或光收集膜的太陽能電 池可經布置以形成太陽能電池板。使用此方法形成之太陽 能電池板可較輕’環境穩定且穩固且相對易於升級。舉例 而言，當新一代更有效之pV電池變得可獲得時，可將此等 面板之較舊PV電池以較新之PV電池替換。亦可相對簡單 地替換光收集板、光收集片或光收集膜。 該等太陽能電池板可在多種應用中使用。舉例而言，如 圖13所說明’可將包含複數個光學耦合於pv電池及/或太 陽能熱產生器之光收集器的太陽能電池板安裝於住宅或商 138486.doc -29- 200944729 業建築之屋頂上或置於門窗上以提供家用或商用補充電 力。光收集器可由透明或半透明之板、片或膜形成。光收 集器可（例如）允許紅外輻射穿過到達收集器之下之空間區 域（諸如屋頂）以加熱房子或建築物或水管。光收集器可包 含具有反射全像圖之光轉向層，該等反射全像圖出於除收 集或捕獲入射光之外之美學目的反射所要之顏色（例如紅 色或棕色光收集器可為剛性或可撓性的。在一些實施 例中，光收集器可足夠地可撓從而捲起。如圖13中所示， 包含該等薄片1308之太陽能電池板可附接於窗玻璃上。光 收集片可為透明的從而透過窗口可見。然而，光收集片可 藉由將光重定向至PV電池而減弱一些光。在一些實施例中 光收集片闕中性密度遽光片，使跨越可見及可能之不可 見光譜（例如紅外線）之透射光減少大體上恆定量。因此， 該等薄>1可減少住宅及建築物中之眩光且降低其中溫度。 或者光收集片可經著色。在__些實施例中，光收集器可具 有波長過濾性質以濾去紫外輻射或其他非可見光譜成份。 在某些實施例中，可將光收集片用作可捲上或捲下之遮光 簾或附接於捲上或捲下之遮光簾上。 在其他應用中，分別如圖14及15中所示，可將光收集器 安裝於汽車及膝上型電腦上以提供電力。在圖14中，將光 收集板、光收集片或光收集膜1404置放於汽車頂蓋上。可 沿光收集器1404之邊緣設置光電池14〇8。由光電池產生之 電力可(例如)用來給由汽油、電或兩者提供動力之車輛之 電池重新充電或亦可使電力組件運作。在圖15中，可將光 138486.doc 30· 200944729 收集板、光收集片或光收集膜1504附接於膝上型電腦之主 體（例如外殼）。在不存在電連接之情況下此可有利地為膝 上型電腦提供電力。或者，光學耦合於光電池之光導收集 器可用於給膝上型電腦電池重新充電。 •在一些實施例中，可將光學耦合於光電池之光收集板、 • 光收集片或光收集膜附接於衣服或鞋上。舉例而言，圖16 說明一夾克或背心，其包含光學耦合於設置於該夾克或背 Ο 心之下部邊緣周圍的光電池16〇8之光收集板、光收集片或 光收集膜1604。在一些實施例中，可將光電池16〇8設置於 夾克或背心之其它地方上。光收集板、光收集片或光收集 膜1604可將環境光收集、集中及引導至光電池1608。由光 電池1608產生之電可用於給掌上型裝置（諸如pdA、mp3播 放器、行動電話等）提供動力。或者，由光電池1608產生 之電可用於使由航空地勤人員、警察、消防人員及應急工 作人員穿戴之背心及夾克發光以增加黑暗中之能見度。在 ❹ 圖17中說明之另一實施例中，可將光收集板、光收集片或 光收集膜1704設置於鞋上。可將光電池17〇8沿光收集板、 光收集片或光收集膜1704之邊緣設置。 •亦可將包含耦合於光電池之具有表面繞射特徵或全像圖 之光收集板、光收集片或光收集膜之太陽能電池板安裝於 飛機、卡車、火車、腳踏車、帆船、衛星以及其他車輛及 結構上。舉例而言，如圖18中所示，可將光收集板、光收 集片或光收集膜1804附接於一飛機之翼或該飛機之窗玻璃 上。如圖18中所說明，可將光電池18〇8沿光收集板、光收 138486.doc 31 200944729 集片或光收集膜之邊緣設置。所產生之電可用於給飛機之 部分提供動力。圖19說明使用耦合於光電池之光收集器給 帆船中之導航儀表或例如冰箱、電視機及其他電氣設備之 裝置提供動力。可將光收集板、光收集片或光收集膜19〇4 附接於帆船之帆上。可將PV電池1908設置於光收集板、光 收集月或光收集膜1904之邊緣《在替代實施例中，可將光 收集板、光收集片或光收集膜19〇4附接於該帆船之主體 (例如船艙船體或曱板）上。如圖2〇中所示，可將光枚集 板、光收集片或光收集膜2004安裝於腳踏車上。圖21說明 光學耦合於光電池之光收集板、光收集片或光收集膜以給 通訊衛星、氣象衛星及其他類型衛星提供動力之另一應 用。光收集板、光收集片或光收集膜亦可用於其他應用。 圖22說明具有足夠可撓性以便捲起之光收集片22〇4。光 收集片可經光學耦合於光電池。可將圖22中描述之實施例 捲起且在露營或背包旅行時攜帶以便在電連接稀少之戶外 及邊遠地區產生電力。另外，可將光學耦合於光電池之光 收集板、光收集片或光收集膜附接於多種結構及產品上以 提供電。 光學耦合於光電池之光收集板、光收集片或光收集膜可 具有模組化之附加優勢》舉例而言，視設計而定，光電池 可經組態以便可選擇性附接至光收集板、光收集片或光收 集膜且可自該光收集板、光收集片或光收集膜分離。因此 可定期用更新且更有效之光電池替換現有光電池而不用替 換全部系統。此替換光電池之能力可大體上降低維護及升 138486.doc -32- 200944729 級成本。 多種其他變化亦可能。可添加、移除或重排膜、層、組 件及/或元件。此外，可添加、移除處理步驟或將處理步 驟重新排彳X,儘管已在本文中使用術語膜及層，但如 本文所使用之此等術語包括膜堆疊及多層。可使用黏著劑 將此等臈堆叠及多層黏附至其他結構，或可使聽積或以 其他方式將其形成於其他結構上。

上述之實例僅為例示性的’且熟f此項技術者現可在不 脫離本文所揭示之發明概念的情況下大量利用上述實例且 偏離上述實例。熟習此項技術者可清楚對此等實例之各種 修改’且本文巾所界^之制輕可在不偏離本文所述新 穎態樣之精神或範疇之情況下應用於其他實例。因此，本 揭示内容之範疇不意欲限於本文所展示之實例，而將符合 與本文所揭示之原理及新顆特徵一致之最廣範疇。本文專 門使用之詞語"例示性"意謂"充當一實例、例子或說明"。 不必將本文所描述為"例示性"之任何實例解釋為較佳於或 優於其他實例。 【圖式簡單說明】 圖1A示意性說明光導之側視圖，其中光線在光導内部折 射且隨後透射離開該光導。 圖1B示意性說明光導及折射錐之側視圖。 圖1C示意性說明光轉向元件之側視圖，該元件包含設置 於光導之上表面上之透射全像圖。 圖1D示意性說明光轉向元件之側視圖，該元件包含設置 138486.doc -33- 200944729 於光導之下表面上之反射全像圖。 圖2 A示意性說明在光導内被導向之光錐，該光導包含具 有體積或表面繞射特徵或全像圖之光轉向元件。 圖2B示意性說明光導之另一實施例，該光導包含具有體 積或表面繞射特徵或全像圖之光轉向元件且在該光導内導 向兩個光錐。 圖3 Α示意性說明光轉向層之實施例，該光轉向層包含體 積全像圖。 圖3B示意性說明光轉向層之實施例，該光轉向層包含表 面起伏繞射特徵。 圖3 C示意性說明光轉向層之實施例，該光轉向層包含平 坦化表面起伏繞射特徵。 圖4A示意性說明一種用於製造包含具有透射全像圖之光 轉向層之光收集器的布置。 圖4B示意性說明藉由圖4A之方法製造之光收集器及其 中收集且導向之環境光。 圖4C示意性說明一種用於製造包含多個體積全像圖之光 收集器的布置。 圖5 A示意性說明一種用於製造包含具有反射全像圖之光 轉向層之光收集器的布置。 圖5B示意性說明藉由圖5A之方法製造之光收集器及其 中收集且導向之環境光。 圖6示意性說明包含堆疊之多個光收集器之實施例，其 中連續之光收集器之間具有空氣間隙。 138486.doc 200944729 圖7示意性說明包含多個光收集器之實施例，該等光收 集器層壓在一起以使不同光收集器光學耦合。 圖8示意性說明包含多個光收集器之實施例，其在連續 之光收集器之間包含低折射率材料。 圖9及圖9A示意性說明包含多個光收集器之實施例，其 中每一光收集器收集以不同角度入射之光。 圖1 〇示意性說明包含多個光收集器之實施例，其中每一 光收集器收集不同波長之光。 圖11A示意性說明包含光收集器及沿光收集器之相對邊 緣橫向設置之PV電池的實施例。 圖11B-11D示意性說明光收集器之各種實施例，該等光 收集器包含一個、兩個或四個沿光收集器之邊緣橫向設置 之PV電池。 圖12示意性說明包含光收集器、PV電池及太陽能熱產 生之系統。 圖13示意性說明置於住宅屋頂上及窗口上的光學耦合於 光電池之光收集板、光收集片或光收集膜。 圖14示意性說明將光學耦合於光電池之光收集板、光收 集片或光收集膜置放於汽車頂蓋上之實施例。 圖15示意性說明將光學耦合於光電池之光收集板、光收 集片或光收集膜附接於膝上型電腦之主體。 圖16示意性說明將光學耦合於光電池之光收集板、光收 集片或光收集膜附接於一件衣服之實例。 圖17示意性說明將光學耦合於光電池之光收集板、光收 138486.doc -35- 200944729 集片或光收集膜置放於鞋上之實例。 圖18示意性說明將光學耦合於光電池之光收集板、光收 集片或光收集膜附接於飛機之翼及窗口上的實施例。 圖19示意性說明將光學耦合於光電池之光收集板、光收 集片或光收集膜附接於帆船之實施例。 圖20示意性說明將光學耦合於光電池之光收集片、光收 集板或光收集膜附接於腳踏車之實施例。 圖21示意性說明將光學耦合於光電池之光收集板、光收 集片或光收集膜附接於衛星之實施例。 圖2 2示意性說明將大體上具可撓性以便可捲之光收集片 光學耦合於光電池之實施例。 【主要元件符號說明】 101 光導 102 半球 102b 繞射光線/光線 102i 環境光線/光線 102r 折射光線/光線 102t 光線 103a 光線 103b 光線 105 光轉向元件/光轉向層 201 光導 204 錐形/不受導向之光錐 205 光轉向元件 I38486.doc -36- 200944729 206 錐形 207 錐形 208 錐形 209 錐形 400 包含體積透射全像圖之實施例 401 光導 405 光敏板、光敏膜或光敏層/全像記錄材料/ 照相底板、照相底膜或照相底層 © 406 麵合稜鏡 407 第二光源 408 第一光源 411ο 光線/物體光束 411r 光線/參考光束 412ο 光線/物體光束 412r 光線/參考光束 500 包含反射全像圖之實施例 501 光導 505 光敏板、光敏膜或光敏層 . 506 參考棱鏡 507 光源 508 參考雷射源 601a 光導層/光導 601b 光導層/光導 601c 光導層/光導 138486.doc -37- 200944729 602a 602b 602c 603 604 605 606 607 608 609 701a 701b 701c 702a 702b 702c 801a 801b 801c 802a 802b 802c 803 900 光轉向元件 光轉向元件 光轉向元件 空氣間隙 錐形 錐形 錐形 錐形 錐形 錐形 光導層 光導層 光導層 光轉向元件/光轉向膜或光轉向層 光轉向元件/光轉向膜或光轉向層 光轉向元件/光轉向膜或光轉向層 光導 光導 光導 光轉向元件 光轉向元件 光轉向元件 低折射率材料層 圖9中展示之實施例 138486.doc 38 - 200944729

901 光導層 902 光導層 903 光導層 904 光導層 905 光導層 906 光導層 907 光轉向元件 908 光轉向元件 909 光轉向元件 910 光轉向元件 911 光轉向元件 912 光轉向元件 913 PV電池 1001 光導層/光導 1002 光導層/光導 1003 光導層/光導 1004 光轉向元件 1005 光轉向元件 1006 光轉向元件 1007 PV電池 1008 PV電池 1009 PV電池 1010 入射光束 1011 入射光束 -39- 138486.doc 200944729 1012 1013 1101 1102 1102e 1102f 1102r 1201 1202 1203 1308 1404 1408 1504 1604 1608 1704 1708 1804 1808 1904 1908 2004 2204 入射光束 入射光束/光束 光電池/PV電池 光收集器 複數個邊緣 前部表面 後部表面 光收集器 PV電池 產熱元件 薄片 光收集板、光收集片或光收集膜/光收集器 光電池 光收集板、光收集片或光收集膜 光收集板、光收集片或光收集膜 光電池 光收集板、光收集片或光收集膜 光電池 光收集板、光收集片或光收集膜 光電池 光收集板、光收集片或光收集膜 PV電池 光收集板、光收集片或光收集膜 具有足夠可撓性以便捲起之光收集片 138486.doc -40·

Claims (1)

1. 200944729 七、申請專利範圍： 1. 一種用於收集太陽能之裝置，其包含： 一具有頂面及底面之第一光導，該光導藉由在該頂面 及該底面處之多次全内反射而將光在其十導向； . 一第一光電池；及 複數個繞射特徵’該等特徵經設置以將入射至該第一 光導之該頂面上之環境光重定向以使該光在該光導中藉 由自該頂面及該底面之全内反射而導向至該第一光電 池， 其中該第一光導具有小於或等於1毫米之厚度。 2.如請求項1之裝置，其中該第一光導包含塑膠。 3_如Μ求項2之裝置’其中該塑膝包含丙稀酸、聚碳酸 S旨、聚酯或環烯聚合物。 4. 如請求項1之裝置，其中該第一光導為至少1 cm2。 5. 如請求項丨之裝置，其中該第一光導為可撓性的。 ® 6.如請求項1之裝置，其中該第一光導包含一薄膜。 7.如請求項1之裝置，其中該第一光導具有小於〇.5 mm之 厚度。 • 8.如請求項1之裝置’其中該第一光電池包含一光伏打電 池。 9·如請求項1之裝置，其中該第一光電池係經對接耗合於 該第一光導之一邊緣。 1〇.如睛求項1之裝置，其中該第一光電池係設置於該第一 光導<~轉角。 138486.doc 200944729 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 如請求们之裝置，其中該複數個繞射特徵係設置於厚 度介於1 μιη與1〇〇 μπ!之間之層中。 月求項1之裝置’其中該等繞射特徵係設置於該第一 光導之一前部表面。 如凊求項1之裝置，其中該等繞射特徵係設置於該第一 光導之一後部表面。 月求項1之裝置’其中該等繞射特徵包含體積特徵。 青长項1之裝置，其中該等繞射特徵包含表面起伏特

   如月求項1之裝置’其中該等繞射特徵係在一全像層中 形成。 請求項16之裝置，其中該全像層包含一或多個透射全 像圖。 如凊求項16之裝置，其中該全像層包含一或多個 像圖。

   月求項1之裝置’其進一步包含其中包括複 特徵之一第二光導。 先射 如"月求項19之裝置，其進—步包含介於該第—光導與該 第二光導之間之一空氣間隙。 ’、 如:求項19之裝置’其進—步包含介於該第-光導與該 光隔離層’該隔離層具有比該第一及 第二光導低的折射率。 Z求項19之裝置，其進-步包含其中包括複數個繞射 特徵之一第三光導。 138486.doc -2 - 200944729 23. 如請求項22之裝置，其進一步包含介於該第二光導與該 第二光導之間之一空氣間隙β Λ 24. :請求項22之裝置’其進一步包含介於該第二光導與兮 第，光導之間之一隔離層’該隔離層具有比該第二心 • 二光導之折射率低的折射率。 .25.2求項22之裝置，其中該第—光導、該第二光導及該 第二光導係經層壓在一起。 ❹26.如請求項1之裝置’其中該第-光導係設置於-汽車、 飛機、太空船或海船上。 27’如π求項i之裝置’其中該第一光導係設置於—腳踏 車、嬰兒車或拖車上。 28. 如清求項1之裝置，其中該第一光導係設置於-件衣服 上。 29. 如請求項丨之裝置，其中該第一光導係設置於一襯衫、 襯褲、短褲、外套、夾克、背心、帽子或鞋類上。 ❹3〇.如π求項1之裝置，其中該第一光導係設置於一電腦、 一行動電話或一個人數位助理上。 結 31.如凊求項1之裝置，其中該第一光導係設置於一建築 • 構上。 或 • 32.如凊求項1之裝置，其中該第一光導係設置於一房子 建築物上。 3 3.如請波τ5 , 置 34.如 J項1之裝置，其中該第一光導係設置於一電氣裂 項1之裝置，其中該第一光導係設置於一燈、電 138486.doc 200944729 話機或馬達上。 其中該第一光導係言史置於-帳篷或 3 5.如清求項1之震置 一睡袋上。 36.如請求項1之裝置’其中該第 π如請求们之裝置’其導係經純或指疊。 第一光導之兮本、中該第一光導可收集具有關於該 角的環法線介_.45度與45度之間之入射 38·如清求項1之裝置 第一光導之該表面 角的環境光。 39.如請求項1之裝置 第一光導之該表面 角的環境光》 ’其中該第-光導可收集具有關於該 之法線介於約-30度與3〇度之間之入射 ’其中該第"'光導可收集具有關於該 之法線介於約_15度與15度之間之入射 40.如凊求項丨之裝置，其 冑步包含一設置於該第-光導 之後。Ρ之太陽能熱產生器。 41 ·如請求項40之裝置，其中. 传…㈣ $ *中在-第-光譜範圍内之環境光 係朝向该第一光電池且在一 第一光5曰範圍内之環境光係 朝向該太陽能熱產生器。 42_==裝置，其中該第一光導係經組態以使紅外 輻射透射至該太陽能熱產生器。 43. —種用於收集太陽能之裝置，其包含： 一用於導光之第-構件，該光導構件具有頂面及底 ，該光導構件藉由在該頂面及底面處之多次全内反射 將光在其中導向； 138486.doc 200944729 一用於吸收光之第一構件，該光吸收構件經組態以產 生一由於光被該光吸收構件所吸收之電信號；及 複數個用於使光繞射之構件，該等光繞射構件經設置 以將入射至該第一光導之該頂面上之環境光重定向以使 . 該光在該光導構件中藉由自該頂面及該底面之全内反射 而導向至該第一光吸收構件， 其中該第一光導構件具有小於或等於丨毫米之厚度。 44. 如請求項43之裝置’其中該第一光導構件包含一光導， 該第-光吸收構件包含-光電池且該光繞射構件包含複 數個繞射特徵。 45. 如請求項44之裝置，其中該第一光導包含塑膠。 46. 如請求項45之裝置，其中該塑膠包含丙稀酸、聚碳酸 酯、聚酯或環烯聚合物》 47. 如請求項44之裝置，其中該第—光導為至少icm2。 48. 如請求項44之裝置，其中該第一光導為可撓性的。 ❹49.如請求項44之裝置，其中該第一光導包含一薄膜。 瓜如請求項44之裝置，其中該第—光導具有小肢5mm之 厚度。 51.如請求項44之裝置 池。 52. 如請求項44之裝置， 該第一光導之一邊緣 53. 如請求項44之裝置， 光導之一轉角。 其中該第一光電池包含一光伏打電 其中該第一光電池係經對接耦合於 〇 其中該第一光電池係設置於該第一 138486.doc 200944729 Μ·如請求項44之裝置，其争該複數個繞射特徵係設置於厚 度介於1 μιη與1 〇〇 μηι之間之層中。 55. 如請求項44之裝置，其令該等繞射特徵係設置於該第一 光導之一前部表面。 56. 如請求項44之裝置’其中該等繞射特徵係設置於該第_ 光導之一後部表面。 57. 如請求項44之裝置’其中該等繞射特徵包含體積特徵。 58. 如請求項44之裝置，其中該等繞射特徵包含表面起伏特 徵。 59. 如請求項44之裝置，其中該等繞射特徵係在一全像層中 形成。 60. 如吻求項59之裝置，其中該全像層包含一或多個透射全 像圖。 61·如請求項59之裝置，其中該全像層包含-或多個反射全 像圖。

   62.^請求項44之裝置，其進—步包含其中包括複數個繞 特徵之一第二光導。 _月求項62之裝置’其進—步包含介於該第—光導與 第一光導之間之—空氣間隙。 64.如請求項62之裝置，其進一步包含介於 第二光不疋等興 导之間之―光隔離層，該隔離層具有比該第一 第二光導低的折射率。 ’ 'Hi項62之裝置’其進一步包含其中包括複數個繞』 特徵之—第三光導。 I38486.doc -6 - 200944729 66·: = 65之裝置’其進-步包含介於該第二光導與該 弟一先導之間之一空氣間隙。 於該第二光導與該 隔離層，該隔離層具有比該第二及第 67·如請求項65之裝置，其進一步包含介 第二光導之間之一 二光導之折射率低的折射率 68·如請求項65之裝置，其中該第一光導該第二光導及該 第二光導係經層壓在一起。 69. 如請求項44之裝置，其中該第一光導係設置於一汽車、 飛機、太空船或海船上。 70. 如請求項44之裝置，其中該第—光導係設置於一腳踏 車、嬰兒車或拖車上。 71. 如請求項44之裝置’其中該第一光導係設置於一件衣服 上 72. 如請求項44之裝置’其中該第一光導係設置於一襯衫、 襯褲、短褲、外套、夾克、背心、帽子或鞋類上。 73. 如請求項44之裝置，其中該第一光導係設置於一電腦、 一行動電話或一個人數位助理上。 74·如請求項44之裝置，其中該第一光導係設置於一建築結 構上。 75·如請求項44之裝置，其中該第一光導係設置於一房子或 建築物上。 76. 如請求項44之裝置，其中該第一光導係設置於一電氣裝 置上》 77. 如請求項44之震置，其中該第—光導係、設置於一燈、電 138486.doc 200944729 話機或馬達上。 78. 79. 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86. 如凊求項44之裝置，其中該第一光導係設置於一帳篷或 一睡袋上。 如請求項44之裝置’其中該第-光導係經捲起或㈣。 如：求項44之裝置’其中該第-光導可收集具有關於該 第光導之該表面之法線介於約_45度與Μ度之間之入射 角的環境光。 青求項44之裝置’其中該第一光導可收集具有關於該 第一光導之該表面之法線介於約-3G度與3〇度之間之入射 角的環境光。 如叫求項44之裝置，其中該第一光導可收集具有關於該 第一光導之該表面之法線介於約_15度與15度之間之入射 角的環境光。 如請求項44之裝置，其進—步包含—設置於該第一光導 之後部之太陽能熱產生器。 如請求項83之裝置，其中在—第_光譜範圍内之環境光 係朝向該第一光電池且在一第二光譜範圍内之環境光係 朝向該太陽能熱產生器。 如請求項83之裝置，其中該第-光導係經組態以使紅外 轄射透射至該太陽能熱產生器。 -種製造-用於收集太陽能之裝置的方法，該 含： 提供-具有頂面及底面之第1導，該光導具有複數 個繞射特徵且藉由在該頂面及底面處之多次全内反射將 138486.doc 200944729 光在其中導向；及 提供一第一光電池， 其中該第-光導具有小於或等於1毫米 87. 方法，其*該複數個繞射特心設置於該 8“=:::，提供一第-光電池包含_ 九電池對接耦合於該第一光導之一邊緣。 ❹ φ 89.如請求項86之方法，其 一 一 捉供第光電池包含將該第 一光電池設置於該第一光導之一轉角。 9〇.如請求項86之方法，其進一步包含提供包括複數個繞射 特徵之一第二光導。 91. 如請求項90之方法，其進一步包含提供包括複數個燒射 特徵之一第三光導。 92. 如叫求項86之方法，其中該複數個繞射特徵係壓印於該 第一光導上。 93. —種用於收集太陽能之裝置，其包含： 一具有頂面及底面之光導，該光導藉由在該頂面及底 面處之多次全内反射將光在其中導向； 一光電池；及 一包含複數個繞射特徵之透射繞射元件，該等特徵經 設置以將入射至該光導之該頂面上之環境光重定向以使 該光在該光導中藉由自該頂面及該底面之全内反射而導 向至該第一光電池。 94.如請求項93之裝置，其中該透射繞射元件包含一或多個 138486.doc 200944729 透射全像圖。 95. 如請求項93之裝置，其中該光導包含塑膠。 96. 如凊求項95之裝置，其中該塑膠包含丙烯酸、聚碳酸 醋、聚酯或環烯聚合物。 97. 如°月求項93之裝置’其中該光導為至少1 cm2。 98. 如咐求項93之裝置，其中該光導為可撓性的。 99_如請求項93之裝置，其中該光導包含薄膜。 1〇〇_如哨求項93之裝置’其中該光導具有小於1 cm之厚度。 1〇1·如請求項93之裝置’其中該光電池包含一光伏打電池。 102. 如請求項93之裝置，其中該光電池係經對接耦合於該光 導之—邊緣。 103. 如仴求項93之裝置，其中該光電池係設置於該第一光導 層之一轉角。 1〇4.如請求項93之裝置，其中該透射繞射元件厚度介於i μιη 與100 μπι之間。 105. 如清求項93之裝置，其中該複數個繞射特徵包含體積特 徵。 106. 如靖求項93之裝置，其中該複數個繞射特徵包含表 伏特徵。 107. 如π求項93之裝置，其中該複數個繞射特徵係在 層中形成。 像 108. —種用於收集太陽能之裝置，其包含： 一用於導光之構件，該光導構件具有頂面及底面且藉 由在該頂面及底面處之多次全内反射將光在其中導向； 138486.doc 200944729 一用於吸收光之構件，該光吸收構件經組態以產生一 由於光被該光吸收構件所吸收之電信號；及 一藉由透射使光繞射之構件’該光繞射構件包含複數 個繞射特徵，該等繞射特徵經設置以將入射至該光導之 該頂面上之環境光重定向以使該光在該光導中藉由自該 頂面及該底面之全内反射而導向至該光吸收構件。 109.如請求項108之裝置，其中該光導構件包含一光導，該 光吸收構件包含一光電池且該光繞射構件包含一包含複 ® 數個繞射特徵之透射繞射元件。 110·如請求項109之裝置，其中該透射繞射元件包含一或多 個透射全像圖。 111. 如凊求項109之裝置，其中該光導包含塑膠。 112. 如請求項111之裝置，其中該塑膠包含丙烯酸系物、聚 碳酸酯、聚酯或環稀烴聚合物。 113. 如請求項1〇9之裝置，其中該光導為至少1 cm2。 φ 114·如請求項109之裝置，其中該光導為可撓性的。 115·如請求項1〇9之裝置，其中該光導包含薄膜。 116·如清求項109之裝置，其中該光導具有小於1 cm之厚 - 度。 117·如明求項109之裝置，其中該光電池包含一光伏打電 池0 118·如清求項1〇9之裝置，其中該光電池係經對接耦合於該 光導之一邊緣。 119.如凊求項109之裝置，其中該光電池係設置於該第一光 138486.doc 11 200944729 導層之一轉角。 120. 如請求項1〇9之裝置，其中該透射繞射元件厚度介於 μηι與 1〇〇 μηι之間。 121. 如請求項〗〇9之裝置，其中該複數個繞射特徵包含體積 122. 如請求項1〇9之裝置，其中該複數個繞射特徵包含表面 起伏特徵。 123. 如清求項1〇9之裝置，其中該複數個繞射特徵係在一全 像層中形成。 124. -種製造一用於收集太陽能之裝置的方法，該方法包 含： 提供—具有頂面及底面之光導，該光導包括一包含複 數個繞射特徵之透射繞射元件且藉由在該頂面及該底面 處之多次全内反射而將光在其中導向；及 提供一光電池。 125. 如請求項i24之方法，其 T通逯射繞射元件係設置於該 光導上。 126. 如請求項124之方法，其中 ,T遺透射繞射元件係壓印於該 光導上。 138486.doc