JPH1197733A - 光起電力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光起電力素子に損傷を与えることなく、表面
を美しい色とデザインにする。 【解決手段】 光起電力装置は、基板１の表面に光起電
力素子２を設けると共に、この光起電力素子２の表面
に、透過光を拡散させる光拡散透過フィルター４を配設
している。光拡散透過フィルター４は、スペーサー３を
介して光起電力素子２の表面から離されて配設されてい
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、光を電気に変換す
る光起電力装置に関する。とくに、本発明は、表面を美
しい外観にできる光起電力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光起電力装置を電源に使用する腕時計は
開発されている。この時計は、光起電力装置で発電する
電力で駆動するので、電池を交換する必要がない。例え
ば、特開平８−２１１１６２号公報には従来の構造が開
示されている。絶縁表面を有する基板上に、金属電極
層、アモルファスシリコン層及び透明電極層を積層した
光起電力素子と、この上に積層した透明樹脂層とからな
る光起電力構造が開示されている。さらに、この上に光
拡散透過フィルターを重ねて配置した構造が開示されて
いる。そして、この光起電力構造と、光拡散透過フィル
ターとを重ねた状態で、腕時計のハウジングに組み込ま
れている。更に、特開平８−５７５２号公報には、他の
従来の構造が開示されている。この公報には、光起電力
構造については、基板上に形成されるアモルファスシリ
コン膜と記載されているだけで、詳細に記述されておら
ず、上記と同様の受光面に透明樹脂層を有する光起電力
構造と考えられる。そして、この光起電力構造上に、ス
ペーサーを介して、光拡散透過フィルターが配設され、
腕時計のハウジングに組み込まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】時計の文字盤のよう
に、よく見える部分に配設される光起電力装置は、時計
のデザインに大きな影響を与える。時計の文字盤に固定
される光起電力装置は、必ずしも、文字盤として最適な
色彩や外観をしていない。光起電力装置の表面は、いか
に光エネルギーを効率よく吸収して、発電電力を大きく
できるかを目的に設計される。光起電力装置の表面は光
起電力作用のある半導体層の色、または、受光面側の透
明電極層の干渉色を反映して、暗色である。暗い色の光
起電力装置は、時計の文字盤として必ずしも美しいデザ
インにできない。ほとんどの時計の文字盤は、暗い色よ
りも、白等の明るい色に着色されるからである。さら
に、光起電力装置は、出力電圧を高くするために、複数
に区画して、これを直列に接続したものもある。この光
起電力装置は、複数に区画するためのパターンが表面に
表出する。このようなパターンも、時計の文字盤として
必ずしも好ましい模様とはならない。このため上記従来
の技術においては、光起電力構造の前面に、光拡散透過
フィルターを配置している。しかしながら、上記の従来
の技術の光起電力構造においては、透明樹脂膜が形成さ
れているために、この出力特性は、透明樹脂層なしの光
起電力素子の特性と比較して、約９０％である。そし
て、この透明樹脂層を有する光起電力構造の前面に、光
拡散透明フィルターを配置すると、その出力特性は、透
明電極層形成後の透明樹脂膜なしの光起電力素子の特性
と比較して、約４２％に低下する。

【０００４】このような光起電力装置は、光起電力素子
の表面に、微粒子を混合した透明樹脂を塗布して光拡散
透過フィルターを設け、この光拡散透過フィルターで、
暗色を白色にできる。微粒子を混合している透明樹脂
を、光起電力素子の表面に塗布している光起電力装置
は、実公平５−３６２８４号公報に記載される。

【０００５】しかしながら、この構造の光起電力装置
は、微粒子を混合して透明樹脂を塗布するときに、光起
電力素子に悪い影響を与える欠点がある。たとえば、光
起電力素子の表面にスクリーン印刷して、微粒子を混合
している透明樹脂を塗布すると、透明樹脂に添加された
微粒子がａ−Ｓｉ層を突き破って、透明電極層と金属電
極層とを短絡させる欠点がある。

【０００６】本発明は、このような欠点を解決すること
を目的に開発されたものである。本発明の重要な目的
は、光起電力素子に損傷を与えることなく、表面を美し
い色とデザインにできる光起電力装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の光起
電力装置は、基板１の表面に光起電力素子２を設けると
共に、この光起電力素子２の表面に、透過光を拡散させ
る光拡散透過フィルター４を配設している。さらに、本
発明の光起電力装置は、光拡散透過フィルター４を直接
に光起電力素子２の表面に設けることなく、スペーサー
３を介して光起電力素子２の表面から離して配設してい
る。

【０００８】本発明の請求項２の光起電力装置は、スペ
ーサー３を介して光拡散透過フィルター４を基板１に接
着している。基板１と光起電力素子２とスペーサー３と
光拡散透過フィルター４を、互いに接着して積層して、
１枚の板状に成形している。

【０００９】さらに、本発明の請求項３の光起電力装置
は、光起電力素子２の表面に、透過光を拡散させる透光
性隙間層６を積層して接着しており、この透光性隙間層
６の表面に光拡散透過フィルター４を積層して接着して
いる。基板１と透光性隙間層６と光拡散透過フィルター
４は、互いに積層して接着されて、１枚の板状に成形さ
れている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための光起電力装置を例示する
ものであって、本発明は光起電力装置を下記のものに特
定しない。

【００１１】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する
番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決
するための手段の欄」に示される部材に付記している。
ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材
に特定するものでは決してない。

【００１２】図１の平面図と図２の断面図は、時計の文
字板に使用される光起電力装置を示す。これ等の図に示
す光起電力装置は、基板１の表面に、４分割された光起
電力素子２を設け、さらに、光起電力素子２の表面に、
スペーサー３を介して光拡散透過フィルター４を配設し
ている。図１において、斜線で示される部分は、光拡散
透過フィルター４の下に配置されるスペーサー３を示し
ている。

【００１３】基板１は、表面を絶縁層とする薄板であ
る。時計の文字板に使用される光起電力装置は、可撓性
のある薄い基板１を使用する。この基板１は、好ましく
は、金属板の表面をポリイミド樹脂でコーティングした
ものである。ただ、基板は、ポリイミド樹脂を薄板状に
成形したものも使用できる。また、他のプラスチック製
の薄板も使用できる。

【００１４】光起電力素子２は、基板１の表面に順番に
積層された金属電極層２Ａと、アモルファスシリコン層
２Ｂ（以下、ａ−Ｓｉ層と記載する）と、透明電極層２
Ｃとからなっている。金属電極層２Ａの膜厚は、たとえ
ば０．１〜１μｍ、ａ−Ｓｉ層２Ｂの膜厚は、たとえば
０．３〜１μｍ、透明電極層２Ｃの膜厚は、たとえば
０．３〜１μｍである。光起電力素子２は、透明電極層
２Ｃを透過してａ−Ｓｉ層２Ｂに入射される光エネルギ
ーを、ａ−Ｓｉ層２Ｂで電気エネルギーに変換する。電
気エネルギーは、金属電極層２Ａと透明電極層２Ｃに出
力される。透明電極層２Ｃは、光の透過率が高くて、電
気抵抗が小さい特性が要求される。この特性を満足する
薄膜として、従来からＩＴＯやＳｎＯ₂膜が使用され
る。金属電極層２Ａは、光を透過させる必要がないの
で、アルミニウム等の金属薄膜が使用される。

【００１５】光起電力素子２は、円盤状の基板１の表面
に４分割して扇型に積層される。４分割され光起電力素
子２は、互いに直列に電気接続されて、出力電圧を高く
している。４つの光起電力素子２は、透明電極層２Ｃと
金属電極層２Ａを外周で接続して、直列に接続する。

【００１６】光拡散透過フィルター４は、光起電力素子
２の表面を、用途に適した意匠にするために設けられ
る。光拡散透過フィルター４は、光の透過率をできる限
り高くして、しかも、表面から見た色や表面状態を用途
に最適な状態とする。時計に使用される光起電力装置
は、光拡散透過フィルター４には、アクリル等の透明樹
脂中に、白色の微粒子を混入させ、成形したものを使用
する。白色の微粒子に代わって、あるいはこれに添加し
て、赤等の白でない色の微粒子を使用することもでき
る。光拡散透過フィルター４の厚さは、たとえば、０．
１〜１ｍｍ、好ましくは、０．２〜０．５ｍｍである。

【００１７】微粒子は、光を散乱させて、その背面に設
けた光起電力素子２の表面を見え難くする。微粒子に
は、たとえば、平均粒径を１〜１０μｍ、好ましくは３
〜７μｍとする無機質材の微粒子を使用する。白色の微
粒子には、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカ、ア
ルミナ、酸化チタン等の微粒子を使用する。赤色の微粒
子には、たとえばベンガラを使用する。

【００１８】微粒子は、透明樹脂等のバインダーに充填
して板状に成形される。微粒子を充填して板状に成形す
る透明樹脂には、たとえば、アクリル樹脂を使用する。
透明樹脂に添加する微粒子の量は、１０〜７０重量％と
する。微粒子の添加量を多くすると、光起電力素子２の
表面を見え難くできるが、光の透過率が低下する。した
がって、微粒子の添加量は、光拡散透過フィルター４の
表面状態と、光の透過率と、光拡散透過フィルター４の
厚さとを考慮して最適値に決定する。

【００１９】また、他の光拡散透過フィルター４とし
て、以下に示すセラミックフィルターを使用することが
できる。このフィルターは、アルミナ、酸化チタン、酸
化ジルニウム等のセラミックス材料の微粒子を利用する
もので、微粒子を板状に焼結するには、微粒子を板状に
成形するためのバインダーとして、ポリビニールアルコ
ールが使用できる。バインダーと微粒子とを混練りし、
これを板状に成形し、乾燥した後に焼成して焼結する。
焼成工程において、添加されたバインダーは焼失してな
くなる。

【００２０】光拡散透過フィルター４は、光起電力素子
２の表面に密着されず、スペーサー３を介して離して配
設される。スペーサー３は、光拡散透過フィルター４を
光起電力素子２の表面から一定の間隔離すために設けら
れる。スペーサー３の厚さは、光拡散透過フィルター４
と光起電力素子２の間に設けられる透光性隙間５の間隔
を決定する。スペーサー３を厚くすると、透光性隙間５
は広くなる。透光性隙間５を広くするほど、光拡散透過
フィルター４が、光を拡散する効果は大きくなる。それ
は、摺りガラスの背面に配設している物体を、摺りガラ
スの前面から見るとき、物体が摺りガラスから離れるに
したがって、急激に、認識されにくくなるのと同じであ
る。摺りガラスは光を散乱させるが、背面に密着させた
物体は、離れた物体に比較して見えやすい性質がある。

【００２１】したがって、スペーサー３を厚くして透光
性隙間５を広くすると、光拡散透過フィルター４によっ
て、光起電力素子２のパターンなどが見え難く、また、
光起電力素子２の暗色を、光拡散透過フィルター４で有
効に白色等に変色できる。スペーサー３の厚さは、たと
えば、５〜１００μｍ、好ましくは５〜３０μｍであ
る。スペーサー３が厚すぎると、光起電力装置の全厚が
厚くなる。薄すぎると、光拡散透過フィルター４が光起
電力素子２の表面に密着して、光拡散透過フィルター４
の効果が低下する。したがって、スペーサー３の厚さ
は、光起電力装置の全厚と、光拡散透過フィルター４の
効果を考慮して最適値に決定する。

【００２２】スペーサー３は、図１と図２に示す発電に
寄与しない無効部である光起電力装置では、光起電力素
子２の周囲と、４分割された境界とに設けている。スペ
ーサー３は、光起電力素子２を積層している基板１の表
面に、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂
系の透明樹脂を塗布して設けられる。透明樹脂のスペー
サー３は、光拡散透過フィルター４の表面から見て目立
たないようにできる特長がある。また、スペーサー３
は、以上の如く無効部に配置されるので、出力特性が低
下することがないと共に、機械的に安定して光拡散透過
フィルター４を保持できる。ただ、スペーサーには、必
ずしも透明の樹脂を使用する必要はなく、着色された樹
脂を使用することもできる。着色樹脂を使用したスペー
サーは、光拡散透過フィルターの外観に色彩のアクセン
トを付けることができる。

【００２３】スペーサー３として、透明樹脂を用いた例
を、以下に詳細に説明する。この透明樹脂は、たとえば
スクリーン印刷等の方法で印刷して、基板１の定位置に
塗布される。さらに、スペーサー３は、好ましくは、図
３の断面図に示すように、光起電力素子２の周縁から、
その表面に突出して、また、光起電力素子間において
は、両素子にまたがって設けられる。この形状のスペー
サー３は、光起電力素子２の境界を被覆し、透明樹脂で
はあるが幾らかは反射光を低減できるので、境界を目立
たなくできる特長がある。さらに、光起電力素子２の周
縁を保護する効果もある。

【００２４】図１と図２に示す光起電力装置は、基板１
の表面に、光起電力素子２を積層し、さらに、その表面
の決められた位置にスペーサー３を積層した後、別に板
状に製作してなる光拡散透過フィルター４を接着して製
作される。

【００２５】さらに、本発明の光起電力装置は、図４及
び図５の断面図に示すように、基板１の表面に光起電力
素子２を積層し、さらに、光起電力素子２の表面全域に
透光性隙間層６を介して光拡散透過フィルター４を積層
する構造とすることもできる。この光起電力装置は、透
光性隙間層６を光起電力素子２の表面に密着し、さら
に、この透光性隙間層６の表面に密着して光拡散透過フ
ィルター４を積層している。なお、本光起電力装置にお
ける基板と光起電力素子は、図１及び図２に示したもの
と同一である。

【００２６】透光性隙間層６は透明の樹脂で、スクリー
ン印刷等の印刷方法や、スプレー等の塗布方法で成膜し
て、光起電力素子２の表面に隙間なく密着して、空気層
を介することなく積層して設けられる。透光性隙間層６
は、光起電力装置を製造する工程で、基板１に光起電力
素子２を積層して設けた後、透明の樹脂を印刷し、ある
いは、塗布して定位置に成膜される。透光性隙間層６
は、光起電力素子２の全面を被覆するように設けられ
る。透光性隙間層６を成膜するプラスチックは、スペー
サーと同じものが使用できる。

【００２７】透光性隙間層６は、スペーサーと同じよう
に、光拡散透過フィルター４を光起電力素子２の表面か
ら離すために積層される。したがって、透光性隙間層６
の膜厚は、スペーサーの厚さと同じように、たとえば、
５〜１００μｍ、好ましくは５〜３０μｍである。

【００２８】図４の構造の光起電力装置は、図１ないし
図３の装置のように、光拡散透過フィルター４を、別の
パーツとして製作しない。光拡散透過フィルター４は、
透光性隙間層６を成膜した後に、その表面に、スクリー
ン印刷、あるいは、塗布等の方法で空気層ができないよ
うに、密着して積層される。光拡散透過フィルター４
は、図１ないし図３に示す光起電力装置の光拡散透過フ
ィルター４と同じように、微粒子を透明樹脂のバインダ
ーに混練りしたものである。微粒子は、図１ないし図３
に示す光起電力装置と同じものが使用できる。バインダ
ーも前述の装置と同じものが使用できる。

【００２９】

【実施例】

［実施例１］以下の工程で、図１と図２に示す構造の光
起電力装置を製造する。ただし、光起電力素子２は、外
径を約２３ｍｍとして、扇形に４分割して設けた。 最初に、光起電力素子２の表面に接着する光拡散透
過フィルター４を製作する。光拡散透過フィルター４
は、ポリビニールアルコールに、平均粒径を約５μｍと
する、アルミナの微粒子を混合し、これを板状に成形し
て焼成して製作される。ポリビニールアルコールは、ア
ルミナを板状に成形するバインダーとして使用され、焼
成するときに焼失される。この工程で、厚さを０．４ｍ
ｍとする光拡散透過フィルター４を製作する。 ポリイミド樹脂製の基板１の表面に、金属電極層２
Ａと、ａ−Ｓｉ層２Ｂと、透明電極層２Ｃを積層して、
扇型に４分割された光起電力素子２を設ける。

【００３０】 基板１の表面であって、光起電力素子
２の周囲と、４分割された光起電力素子２の境界に透明
樹脂からなるスペーサー３を設ける。スペーサー３は、
透光性隙間５が１０μｍとなるような膜厚に、透明樹脂
をスクリーン印刷して設ける。透明樹脂には、アクリル
樹脂を使用する。スペーサー３は、図３に示すように、
光起電力素子２の周縁で表面を被覆するように設ける。

【００３１】 スペーサー３である透明樹脂が未硬化
のときに、スペーサー３に光拡散透過フィルター４を接
着して、光拡散透過フィルター４を光起電力素子２の表
面に固定する。光拡散透過フィルター４は、スペーサー
３で光起電力素子２の表面から１０μｍ離されて固定さ
れる。

【００３２】［実施例２］以下の工程で、図４に示す構
造の光起電力装置を製造する。ただし、光起電力素子２
は、外径を約２３ｍｍとして、扇形に４分割して設け
た。 ポリイミド樹脂製の基板１の表面に、金属電極層２
Ａと、ａ−Ｓｉ層２Ｂと、透明電極層２Ｃを積層して、
扇型に４分割された光起電力素子２を設ける。

【００３３】 光起電力素子２の表面の全面に、透明
樹脂を塗布して、透光性隙間層６を設ける。透光性隙間
層６は、膜厚が１０μｍとなるように、透明樹脂をスク
リーン印刷して設ける。透明樹脂には、アクリル系樹脂
を使用する。

【００３４】 透光性隙間層６である透明樹脂を硬化
させた後、透光性隙間層６の表面全域の全面に、微粒子
を混合した透明樹脂をスクリーン印刷して、膜厚を１３
μｍとする光拡散透過フィルター４を設ける。光拡散透
過フィルター４は、透明樹脂にエポキシ系樹脂を使用
し、微粒子にアルミナ（粒径約３〜７μｍ）を使用す
る。アルミナの添加量は、５０重量％とする。そして、
特性歩留を調べたところ、本実施例では１００％であっ
たが、比較例として、透光性隙間層６をなくし光起電力
素子２の表面上に直接、光拡散透過フィルター４を形成
したものは、約５０％であった。これは、比較例におい
ては、スクリーン印刷時の加圧により、微粒子がａ−Ｓ
ｉ層を突き破り、金属電極層と透明電極層とが短絡する
からである。一方、本実施例においては、厚さ１０μｍ
の透光性間隔層６が介在するので、微粒子がａ−Ｓｉ層
を突き破ることなく、したがって、短絡も発生しない。

【００３５】以上の実施例１、２で試作した光起電力装
置は、以下の表に示すように、優れた特性を示した。こ
の測定は、蛍光灯２００ＬＸの照度で測定した。なお、
表中の（ ）内は、透明電極成形後の数値に対する光拡
散透過フィルター成形後の数値の比率（単位：％）を示
している。従来例の光起電力装置は、特開平８−２１１
１６２号公報に記載されるように、光起電力素子とこの
上に積層した透明樹脂層からなる光起電力構造と、この
光起電力構造の上に重ねて配置した実施例１に用いたも
のと同一の板状の光拡散透過フィルターとからなるもの
である。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【発明の効果】本発明の光起電力装置は、スペーサーま
たは透光性隙間層を介して、光拡散透過フィルターを光
起電力素子の表面から離して配設している。この構造の
光起電力装置は、光拡散透過フィルターで、表面色を自
由に美しい色彩にできる。また、、スペーサーにより空
間が確保され、又は、透光性隙間層が介在するので、光
起電力素子が損傷することがない。

【００３８】さらに、本発明の光起電力装置は、光拡散
透過フィルターを光起電力素子から離して配設してい
る。光起電力素子から離された光拡散透過フィルター
は、より効果的に透過光を拡散して、有効に働くように
なる。このため、光拡散透過フィルターでもって、光起
電力素子のパターンをより見え難くできると共に、光起
電力素子表面の暗色を、白色等に有効に変色できる特長
がある。請求項１に示す本発明においては、本明細書の
実施例にて特性比較を行った従来例と比較して、透明樹
脂層がない分、特性が向上している。請求項２に示す本
発明においては、光起電力を有する基板、スペーサー、
光拡散透過フィルターとが、一枚の板状になっているの
で、これらの部品をおのおの別途組み立てる必要がない
と共に、光起電力素子の表面が常に保護されるので、こ
の光起電力装置の輸送時、あるいは、これを時計等の電
子部品に組み込む時等に光起電力素子に損傷がない。請
求項３に示す本発明においては、例えば、印刷法等によ
り形成されることにより、透光性隙間及び光拡散透過フ
ィルターが積層接着されて形成されるので、生産性がよ
い。請求項４に示す本発明において、透明樹脂中に微粒
子を混入した光拡散透過フィルターを印刷法にて形成し
ている。従って、実施例２の比較例にて示したように、
透光性隙間層をなくし光起電力素子の表面上に直接光拡
散透過フィルターを形成したものに比べて、本発明は透
光性隙間層が介在しているので、印刷時の加圧により、
光起電力素子が短絡することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の光起電力装置の平面図

【図２】図１に示す光起電力装置のＡ−Ａ線断面図

【図３】図２に示す光起電力装置の要部拡大断面図

【図４】本発明の他の実施例の光起電力装置の断面図

【図５】他の実施例の光起電力装置の要部拡大断面図

【符号の説明】

１…基板 ２…光起電力素子 ２Ａ…金属電極層
２Ｂ…ａ−Ｓｉ層 ２Ｃ…透明電極層 ３…スペーサー ４…光拡散透過フィルター ５…透光性隙間 ６…透光性隙間層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 敏宏 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 高畠 良信 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板(1)の表面に光起電力素子(2)が設け
   られると共に、この光起電力素子(2)の表面に、透過光
   を拡散させる光拡散透過フィルター(4)が配設された光
   起電力装置において、 光拡散透過フィルター(4)がスペーサー(3)を介して光起
   電力素子(2)の表面から離されて配設されてなることを
   特徴とする光起電力装置。
2. 【請求項２】 光拡散透過フィルター(4)が、スペーサ
   ー(3)を介して基板(1)に接着され、基板(1)と光起電力
   素子(2)とスペーサー(3)と光拡散透過フィルター(4)
   が、積層、接着されて１枚の板状に成形されてなる請求
   項１に記載される光起電力装置。
3. 【請求項３】 基板(1)の表面に光起電力素子(2)が設け
   られると共に、この光起電力素子(2)表面に、透過する
   光を拡散させる光拡散透過フィルター(4)が配設された
   光起電力装置において、 光起電力素子(2)の表面に透光性隙間層(6)が積層して接
   着されており、この透光性隙間層(6)の表面に光拡散透
   過フィルター(4)が積層して接着されており、基板(1)と
   透光性隙間層(6)と光拡散透過フィルター(4)とが積層状
   態に接着されて、１枚の板状に成形されてなることを特
   徴とする光起電力装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、光拡散透過フィルタ
   ー(4)は、透明樹脂中に微粒子を混入したものであり、
   印刷法にて形成されることを特徴とする光起電力装置。