(57)【要約】【課題】高効率に給電可能な充電器および充電システムを提供する。【解決手段】充電器１は、結晶性半導体を有する太陽電池７４を備える電子機器としてのリスト機器２０を充電する充電器１であって、太陽電池７４に赤外光を照射する発光素子１０を備える。【選択図】図１
2019009931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性半導体を有する太陽電池を備える電子機器を充電する充電器であって、
前記太陽電池に赤外光を照射する発光素子を備えることを特徴とする充電器。
【請求項２】
前記発光素子は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の充電器。
【請求項３】
前記発光素子は、前記結晶性半導体のバンドギャップよりも大きいエネルギーを有する光を発光スペクトルのピークとして射出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充電器。
【請求項４】
前記太陽電池に対向する位置に前記発光素子を備え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充電器。
【請求項５】
前記電子機器は表示部を備え、
前記表示部の表示領域に対向した領域に遮光部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の充電器。
【請求項６】
前記発光素子に対して前記電子機器側とは反対側に反射部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の充電器。
【請求項７】
結晶性半導体を有する太陽電池を備える電子機器と、
前記太陽電池に赤外光を照射する発光素子を備える充電器と、を備え、
前記電子機器を前記充電器で充電することを特徴とする充電システム。
【請求項８】
前記結晶性半導体が単結晶シリコンで構成されることを特徴とする請求項７に記載の充電システム。
【請求項９】
前記太陽電池が半導体基板の一方の面に第１不純物拡散領域と第２不純物拡散領域とを有することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電器および充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、腕時計を充電するシステムとして、腕時計に太陽電池および二次電池を搭載し、太陽電池によって発電した電気を二次電池に充電するシステムが知られている。例えば、下記の特許文献１には、ＧａＡｓ（Gallium Arsenide）を太陽電池とし、レーザー光を太陽電池に照射して発電し、二次電池に充電する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／００６２４５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の充電システムでは、太陽電池の材料となるＧａＡｓや発電に用いるレーザーが高価であるという課題があった。そのため、一般的には、安価なアモルファスシリコンを材料とする太陽電池を腕時計に搭載し、太陽光や蛍光灯で充電する方法が用いられている。しかし、近年は、各種センサーを備え、時計機能に加え、ユーザーの位置情報や生体情報などを検出し表示する機能が設けられた腕時計型のリスト機器が商品化されている。これらのリスト機器では、位置情報や運動情報などの情報検出機能や表示機能が追加されているため消費電力が大きくなり、アモルファスシリコンによる太陽電池では、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が低く、十分な充電を行うことができず、充電に長時間を要してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例又は形態として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る充電器は、結晶性半導体を有する太陽電池を備える電子機器を充電する充電器であって、前記太陽電池に赤外光を照射する発光素子を備えることを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、結晶性半導体を有する太陽電池は、赤外光を効率良く吸収し、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高い。そのため、電子機器の太陽電池に発光素子の射出する赤外光を照射することで、効率良く発電することができ、電子機器を短時間で充電することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に記載の充電器において、前記発光素子は、ＬＥＤであることが好ましい。
【０００９】
本適用例によれば、発光素子が安価なＬＥＤであるため、低コストで赤外光を射出する充電器を構成することができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に記載の充電器において、前記発光素子は、前記結晶性半導体のバンドギャップよりも大きいエネルギーを有する光を発光スペクトルのピークとして射出することが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、結晶性半導体は、結晶性半導体のバンドギャップよりも大きいエネルギーを有する光をより効率的に吸収することができる。そのため、発光素子の射出する赤外光を照射することで、変換効率をより高めることができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に記載の充電器において、前記太陽電池に対向する位置に前記発光素子を備えることが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、太陽電池に対向する位置に発光素子が備えられているため、発光素子の射出する赤外光を太陽電池に効率良く照射することができる。そのため、効率的に発電でき、充電することができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に記載の充電器において、前記電子機器は、表示部を備え、前記表示部の表示領域に対向した領域に遮光部材を備えることが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、表示部の表示領域に対向した領域に遮光部材を備えているため、発光素子の射出する赤外光が表示部の表示領域に照射されない。そのため、赤外光による表示部の表示領域の劣化を防ぐことができる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例に記載の充電器において、前記発光素子に対して前記電子機器側とは反対側に反射部材を備えることが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、発光素子に対して電子機器側とは反対側に反射部材を備えているため、電子機器と対向する側と反対側に射出した赤外光を反射し、電子機器に備えられた太陽電池に照射することができる。そのため、発光素子の射出する赤外光を効率良く、太陽電池に照射することができ、より効率的に発電することができる。
【００１８】
［適用例７］本適用例に係る充電システムは、結晶性半導体を有する太陽電池を備える電子機器と、前記太陽電池に赤外光を照射する発光素子を備える充電器と、を備え、前記電子機器を前記充電器で充電することを特徴とする。
【００１９】
本適用例によれば、赤外光を効率良く吸収し発電する結晶性半導体を用いた太陽電池に、発光素子の射出する赤外光を照射することで、太陽電池が効率良く発電し、電子機器を短時間で充電することができる。
【００２０】
［適用例８］上記適用例に記載の充電システムにおいて、前記結晶性半導体が単結晶シリコンで構成されることが好ましい。
【００２１】
本適用例によれば、太陽電池を単結晶シリコンで構成することにより、赤外光をより効率良く吸収することができるので、変換効率が高まり、より効率良く発電することができる。
【００２２】
［適用例９］上記適用例に記載の充電システムにおいて、前記太陽電池が半導体基板の一方の面に第１不純物拡散領域と第２不純物拡散領域とを有することが好ましい。
【００２３】
本適用例によれば、太陽電池が半導体基板の一方の面に電荷を発生する第１不純物拡散領域と第２不純物拡散領域とを有しているため、発電した電気を取り出す電極を半導体基板の一方の面に構成することができる。そのため、赤外光が照射される半導体基板の他方の面には、赤外光を遮る電極などがないため、赤外光をより多く取り込むことができ、変換効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係る充電システムの構成を示す概略断面図。
【図２】リスト機器の構成を示す概略平面図。
【図３】充電器の構成を示す概略平面図。
【図４】太陽光スペクトルと発光素子の発光スペクトルとを示すグラフ。
【図５】リスト機器の構成を示す概略平面図。
【図６】図５のＰ３−Ｐ３線における概略断面図。
【図７】太陽電池の構成を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下で説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。また、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。
【００２６】
［充電システム］
先ず、本実施形態に係る充電システムについて、図１、図２および図３を参照して説明する。なお、本実施形態に係る電子機器として腕時計型のリスト機器を一例として挙げ説明する。
図１は、本実施形態に係る充電システムの構成を示す概略断面図であり、図２は、リスト機器の構成を示す概略平面図であり、図３は、充電器の構成を示す概略平面図である。また、図１において、リスト機器の断面は、図２のＰ１−Ｐ１線における断面であり、充電器の断面は、図３のＰ２−Ｐ２線における断面である。
【００２７】
本実施形態に係る充電システム１００は、太陽電池７４を備えるリスト機器２０と、赤外光を射出する発光素子１０を備える充電器１と、を含み構成されている。
充電方法としては、図１に示すように、リスト機器２０の太陽電池７４が設けられた側を充電器１側とし、充電器１のリスト機器２０などを収容する収容部７にリスト機器２０を設置する。その後、充電器１に設けられた発光素子１０を発光させ、射出した赤外光をリスト機器２０の太陽電池７４に照射する。赤外光が照射された太陽電池７４では、赤外光の光エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電し、リスト機器２０内に設けられた二次電池６０（図６参照）に充電する。
【００２８】
［リスト機器］
リスト機器２０は、図１および図２に示すように、機器本体２２と、第１のバンド部３２と、第２のバンド部３７と、を含み構成されている。機器本体２２には、一方の面側の中央に表示部７０が設けられ、表示部７０の外縁を囲むように、リング状の太陽電池７４が設けられている。なお、太陽電池７４には、結晶性半導体で構成されており、結晶性半導体としては、アモルファスシリコンに比べ光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が高く、ＧａＡｓに比べ非常に安価な、単結晶シリコンや多結晶シリコンなどが用いられている。なお、リスト機器２０の詳細構造については、後述する。
【００２９】
［充電器］
充電器１は、図１および図３に示すように、リスト機器２０を充電するためにリスト機器２０を収容するケース本体５と、リスト機器２０の太陽電池７４に赤外光を照射するための発光素子１０と、発光素子を発光させるための電気を商用電源やＵＳＢ端子などから供給するためのコネクター付の電源コード９と、を含み構成されている。
ケース本体５は、ケース本体５の中央にリスト機器２０の機器本体２２、第１のバンド部３２および第２のバンド部３７の外形形状に対応した形状で、リスト機器２０が配置される側とは反対側に凹んでいる収容部７が設けられている。収容部７の機器本体２２に対応する位置には、リング状でリスト機器２０が配置される側とは反対側に凹んでいる溝部１２が設けられている。つまり、リスト機器２０を充電器１の収容部７に配置した場合、リスト機器２０の太陽電池７４に対向する位置に溝部１２が配置されている。
【００３０】
溝部１２の内部には、複数の発光素子１０がリング状に設けられており、発光素子１０の発光部をリスト機器２０側に向け、発光素子１０の端子をリスト機器２０側とは反対側に向けて、配置されている。従って、リスト機器２０を充電器１の収容部７に配置した場合、リスト機器２０の太陽電池７４に対向する位置に発光素子１０が備えられている。つまり、複数の発光素子１０は、太陽電池７４と重なる位置に配置されている。なお、発光素子１０には、レーザーダイオードに比べ安価な、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられている。
【００３１】
また、溝部１２の内壁には、アルミニウムや銀などの金属を蒸着して形成された反射部材１４が設けられており、つまり、発光素子１０に対してリスト機器２０側とは反対側に反射部材１４を備えているため、リスト機器２０と対向する側と反対側に射出した赤外光を反射し、リスト機器２０に備えられた太陽電池７４に照射することができる。そのため、発光素子１０の射出する赤外光を効率良く、太陽電池７４に照射することができ、より効率的に発電することができる。
【００３２】
ケース本体５の収容部７において、リスト機器２０を充電器１の収容部７に配置した場合に、リスト機器２０の表示部７０の表示領域に対向した領域に、アルミ箔や遮光性フィルムなどの遮光部材１６が配置されている。つまり、遮光部材１６は、表示部７０の表示領域と重なる位置に配置されている。表示部７０の表示領域に対向した領域に遮光部材１６を備えているため、発光素子１０の射出する赤外光が表示部７０の表示領域に照射されない。そのため、赤外光による表示部７０の表示領域の劣化を防ぐことができる。
【００３３】
また、ケース本体５の収容部７において、溝部１２の開口側には、遮光部材１６の外縁を囲み、リング状のカバー１８が配置されている。カバー１８が配置されることで、溝部１２の内部に備えられた発光素子１０を保護することができ、発光素子１０の破損や汚れを防止することができる。
【００３４】
次に、発光素子１０の特性について、図４を参照して説明する。
図４は、太陽光スペクトルと発光素子の発光スペクトルとを示すグラフである。なお、発光素子１０の発光スペクトルは、発光素子１０としてＬＥＤを用いた場合の発光スペクトルを示している。
一般的に、半導体の光エネルギー吸収特性は、その半導体材料のバンドギャップによって決まり、バンドギャップが小さい半導体材料ほど、長い波長の光までを吸収することができる。
単結晶シリコンのバンドギャップは、エネルギー約１．２ｅＶ（エレクトロンボルト）で、波長に換算すると約１μｍとなる。この波長は赤外光なので、単結晶シリコンは、赤外光と、それよりも波長の短い可視光、紫外光を吸収することができる。そのため日中において、太陽光により発電することができる。
【００３５】
これに対して、充電器１に備えられた発光素子１０は、図４に示すように、発光スペクトルのピーク波長が約０．９５μｍで、エネルギー換算すると約１．３ｅＶと単結晶シリコンのバンドギャップ（約１．２ｅＶ）より大きいエネルギーを有する赤外光を射出している。そのため、単結晶シリコンにより太陽電池７４を構成し、発光素子１０の射出する赤外光を照射することで、可視光を照射する場合に比べて発光のピーク波長に対応したエネルギーとバンドギャップが近いため、より高い変換効率を得ることができる。また、単結晶シリコンのバンドギャップより長波長の光が射出されないので、光エネルギーが熱に変わってしまう熱損失が少ない。つまり、充電中に充電器１において発熱が少ないので火災を生じる虞がない。また、発光素子１０は、赤外光のみを射出し、可視光を射出しないので、夜間に充電する場合においても眩しくなく、睡眠を妨げることはない。
【００３６】
［リスト機器］
次に、本実施形態に係る充電器１により充電されるリスト機器２０について、図５、図６および図７を用いて、詳細に説明する。
図５は、リスト機器の構成を示す概略平面図であり、図６は、図５のＰ３−Ｐ３線における概略断面図であり、図７は、太陽電池の構成を示す概略断面図である。
リスト機器２０は、図５および図６に示すように、ユーザー（装着者）の所与の部位（例えば、手首）に装着され、ユーザーの位置情報や運動情報などを検出することができる。リスト機器２０は、ユーザーに装着されて位置情報や運動情報などを検出する機器本体２２と、機器本体２２に取り付けられ機器本体２２をユーザーに装着するための第１のバンド部３２および第２のバンド部３７と、を備えている。なお、リスト機器２０には、ユーザーの位置情報や運動情報に加えて、例えば脈波情報などの生体情報を検出する機能や時刻情報などを取得する機能を設けることができる。
【００３７】
機器本体２２は、ユーザーへの装着側にボトムケース３３が配置され、ユーザーへの装着側と反対側には、表側（装着側と反対側）に開口する開口部４０を有するケースとしてのトップケース３０が配置されている。ここで、ボトムケース３３とトップケース３０とによって、ケースが構成される。機器本体２２の表側（トップケース３０）に位置する開口部４０の外側には、トップケース３０から表側に向かって突出する凸部としてのカバー取付部３８が設けられるとともに、このカバー取付部３８の内側にカバー取付部３８と並んで配置されて内部構造を保護する天板部分（外壁）としての透光性カバー（本例では透明のガラス板）７１が設けられている。透光性カバー７１は、平面視で、後述する表示部７０や太陽電池７４と重なるようにトップケース３０の開口部４０を塞ぐように配置されている。機器本体２２の表側（トップケース３０）の側面には、複数の操作ボタン８０，８１が設けられている。なお、カバー取付部３８には、表側から視認可能な表示を設けることができる。
【００３８】
また、機器本体２２は、透光性カバー７１の直下に配置されている液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などで構成される表示部７０と、単結晶シリコンや多結晶シリコンなどの結晶性半導体で構成される太陽電池７４と、太陽電池７４で発電した電気を充電する二次電池６０と、を含み構成されている。機器本体２２は、透光性カバー７１を介して、検出した位置情報や運動情報、或いは時刻情報などの種々の情報の表示部７０への表示や太陽電池７４による充電を行っている。
【００３９】
透光性カバー７１は、透光性カバー７１の外縁部分とカバー取付部３８との間に配置されているリング状のカバー保持部７５と、カバー保持部７５をカバー取付部３８に接着する接続部材７６と、でカバー取付部３８に取り付けられている。
【００４０】
機器本体２２は、トップケース３０と、ボトムケース３３と、トップケース３０の開口部４０を塞ぐ透光性カバー７１と、に囲まれたケースの内側の密閉空間である内部空間３６が設けられている。そして、この内部空間３６に、表示部７０、太陽電池７４、リスト機器２０を構成する要素部品である、例えば回路基板４５、電子部品４６、ＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナ９０、センサーの一例としての地磁気センサー５０、二次電池６０、および振動部９５などが収納されている。ただし、機器本体２２は、図６に示す構成に限定されず、例えば気圧センサーなどの他のセンサーや電子部品などを追加してもよい。
【００４１】
なお、表示部７０と太陽電池７４とは、カバー取付部３８から内部空間３６に突出した突起部７３に設置され、フレキシブルプリント配線などの配線４７により、回路基板４５と二次電池６０に電気的に接続されている。従って、太陽電池７４で発電した電気を二次電池６０に充電することができる。
【００４２】
表示部７０は、円形であり、表示部７０を構成する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）では、種々の検出モードに応じて、例えば、ＧＰＳや地磁気センサー５０を用いた位置情報、不図示の角速度センサーや加速度センサーなどを用いた運動量などの運動情報、不図示の脈波センサーなどを用いた脈拍数などの生体情報、もしくは現在時刻などの時刻情報などが表示される。そして、この表示は、透光性カバー７１を介してユーザーが閲覧（視認）することができる。
【００４３】
太陽電池７４は、表示部７０の外縁を囲むリング状であり、図７に示すように、半導体基板としての単結晶シリコン基板５２の光が照射される受光面５３と反対側の一方の面に、第１不純物拡散領域としてのｐ＋拡散領域５４ａと、第２不純物拡散領域としてのｎ＋拡散領域５４ｂと、が交互に配置されて、その上に酸化シリコン５６を介して、電極５８が配置されている。なお、各電極５８は、ｐ＋拡散領域５４ａとｎ＋拡散領域５４ｂとに夫々導通している。また、受光面５３の上には表面欠陥を終端するパッシベーション膜や、光の反射を低減するＡＲ膜などが形成されていてもよい。
このような構造（バックコンタクト型構造）としたことで、電極５８を受光面５３と反対側の面に集約し受光面５３の電極を無くすることができるため、そのぶん受光面５３を広くし多くの光を取り込むことで変換効率を高めることが可能となる。また、電極５８から引き出される配線の集約により配線抵抗を低減でき、配線抵抗による電力ロスを減らすことができる。
【００４４】
以上述べたように、本実施形態に係る充電システム１００によれば、赤外光を効率良く吸収し発電する単結晶シリコンで構成した太陽電池７４を有する電子機器としてのリスト機器２０を、赤外光を射出するＬＥＤで構成した発光素子１０を有する充電器１で充電する際に、太陽電池７４に発光素子１０の射出する赤外光を照射することで、太陽電池７４を効率良く発電させ、リスト機器２０の充電を効率的に行うことができる。
【００４５】
また、安価な単結晶シリコンで太陽電池７４を構成し、安価なＬＥＤを発光素子１０として用いることにより、充電効率が良く、安価な充電システム１００を構成することができる。
【００４６】
また、発光素子１０が射出する赤外光は、不可視光で、熱が生じ難いため、夜間の充電においても眩しくなく、睡眠が妨げられることはなく、発火などの虞がないため、安心して充電することができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、中央部が除去された円形の環状体の太陽電池７４を一例として挙げ説明したが、これに限定されることはなく、中央部が除去された楕円形や矩形の環状体でも構わない。太陽電池７４の形状が楕円形や矩形の場合には、充電器１の溝部１２を、溝部１２の内部に設けられた発光素子１０と太陽電池７４とが対向または平面視で重なるように、太陽電池７４の形状に合った楕円形や矩形とすることが好ましい。
【符号の説明】
【００４８】
１…充電器、５…ケース本体、７…収容部、９…電源コード、１０…発光素子、１２…溝部、１４…反射部材、１６…遮光部材、１８…カバー、２０…電子機器としてのリスト機器、２２…機器本体、３０…トップケース、３２…第１のバンド部、３３…ボトムケース、３６…内部空間、３７…第２のバンド部、３８…カバー取付部、４０…開口部、４５…回路基板、４６…電子部品、４７…配線、５０…地磁気センサー、５２…単結晶シリコン基板、５３…受光面、５４ａ…ｐ＋拡散領域、５４ｂ…ｎ＋拡散領域、５６…酸化シリコン、５８…電極、６０…二次電池、７０…表示部、７１…透光性カバー、７３…突起部、７５…カバー保持部、７６…接続部材、８０，８１…操作ボタン、９０…ＧＰＳアンテナ、９５…振動部、１００…充電システム。
【図１】
2019009931.tif 000003
【図２】
2019009931.tif 000004
【図３】
2019009931.tif 000005
【図４】
2019009931.tif 000006
【図５】
2019009931.tif 000007
【図６】
2019009931.tif 000008
【図７】
2019009931.tif 000009