(57)【要約】【課題】限定された視野内に輝度の高い画像光を出力するとともに、傾斜して入射する外光を発電電力として利用可能とする太陽電池複合型発光装置を提供する。【解決手段】本発明に係る太陽電池複合型発光装置は、複数の光学素子、複数の太陽電池ユニット、複数もしくは単数の発光素子が順に積層され、隣接する太陽電池ユニット間には、発光素子のピッチで形成された開口部が設けられ、光学素子は、その光軸中心が開口部を貫くように配置され、開口部を通過した発光素子からの光を外部に出射させるとともに、光学素子の光軸に対して傾斜して入射する外光を太陽電池ユニットに集光させることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学素子、複数の太陽電池ユニット、複数もしくは単数の発光素子が順に積層され、
隣接する前記太陽電池ユニット間には、所定のピッチで形成された開口部が設けられ、
前記光学素子は、その光軸中心が前記開口部を貫くように配置され、前記開口部を通過した前記発光素子からの光を外部に出射させるとともに、前記光学素子の光軸に対して傾斜して入射する外光を前記太陽電池ユニットに集光させる
太陽電池複合型発光装置。
【請求項２】
前記光学素子は、凸レンズである
請求項１に記載の太陽電池複合型発光装置。
【請求項３】
前記光学素子は、その光軸中心が前記開口部の略中心を貫くように配置される
請求項１または請求項２に記載の太陽電池複合型発光装置。
【請求項４】
前記太陽電池ユニットと前記発光素子の間には、集光レンズが設けられ、
前記集光レンズは、前記発光素子から出射された光束が前記開口部を通過するように配置されている
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の太陽電池複合型発光装置。
【請求項５】
複数もしくは単数の発光素子を有する発光装置上に配置される太陽電池モジュールであって、
複数の光学素子、複数の太陽電池ユニットが順に積層され、
隣接する前記太陽電池ユニット間には、所定のピッチで形成された開口部が設けられ、
前記光学素子は、その光軸中心が前記開口部を貫くように配置され、前記開口部を通過した前記発光素子からの光を外部に出射させるとともに、前記光学素子の光軸に対して傾斜して入射する外光を前記太陽電池ユニットに集光させる
太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置あるいは照明装置などの発光装置の表面に太陽電池が設置された太陽電池複合型発光装置、及び、それに使用される太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話を始めとする液晶ディスプレイを搭載した携帯型の各種情報処理装置では、長時間の連続使用に必要な電力を自立して確保することが求められている。最も効果的な方法は、充電用二次電池の容量を拡大する方法であり、大容量二次電池の開発が活発に進められている。
【０００３】
一方、二次電池と併用して、補助電源として太陽電池を搭載する方式も開発されている。太陽電池は、受光面が光源に対して正対した平面形状であり、受光面積が広いほど大きな出力電力を得ることができる。そのため、特に大画面の液晶ディスプレイを搭載した携帯の情報処理装置の筐体では、大面積で平面な液晶ディスプレイの表面が最適な設置場所となる。しかし、一般的に太陽電池は有色で不透明であるため、液晶ディスプレイの表面に太陽電池を設置すると、液晶ディスプレイの表示画像の視認性が著しく低下することとなる。
【０００４】
特許文献１には、液晶ディスプレイの表面に開口部を有する太陽電池を設置することで、太陽電池による発電と液晶ディスプレイの視認性を両立する技術が開示されている。この技術では、液晶ディスプレイの視認性を高めるために、太陽電池に開口部を設けるだけではなく、液晶ディスプレイのバックライト光を太陽電池の開口部へ誘導するためのレンズを併用する工夫がなされている。これにより、レンズを設置しない場合の、太陽電池部分での遮光によるバックライト光の透過率の低下を防ぎ、液晶ディスプレイの輝度低下改善が図られている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１で開示されている構成では、液晶ディスプレイの面積中、液晶ディスプレイの視認性のために設けられた開口部の面積分は、太陽電池の受光面として使用することはできず、太陽電池の出力電力量が減少してしまうことが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１０２０３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものである。すなわち本発明は、太陽電池による発電と、液晶ディスプレイなどの表示装置の所定方向に対する輝度などの視認性を高い水準で両立させる太陽電池複合型表示装置を提供することを目的としている。なお、本発明は、表示装置に限られるものではなく、照明装置など、発光素子を使用する各種発光装置に適用することが考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するものであって、そのため、以下の構成要件を有することを特徴としている。
本発明に係る太陽電池複合型発光装置は、
複数の光学素子、複数の太陽電池ユニット、複数もしくは複数の発光素子が順に積層さ
れ、
隣接する前記太陽電池ユニット間には、所定のピッチで形成された開口部が設けられ、
前記光学素子は、その光軸中心が前記開口部を貫くように配置され、前記開口部を通過した前記発光素子からの光を外部に出射させるとともに、前記光学素子の光軸に対して傾斜して入射する外光を前記太陽電池ユニットに集光させる。
【０００９】
本発明に係る太陽電池複合型発光装置において、前記光学素子は、凸レンズである。
【００１０】
本発明に係る太陽電池複合型発光装置において、
前記光学素子は、その光軸中心が前記開口部の略中心を貫くように配置される。
【００１１】
本発明に係る太陽電池複合型発光装置において、
前記太陽電池ユニットと前記発光素子の間には、集光レンズが設けられ、
前記集光レンズは、前記発光素子から出射された光束が前記開口部を通過するように配置されている。
【００１２】
本発明に係る太陽電池モジュールは、
複数もしくは単数の発光素子を有する発光装置上に配置され、
複数の光学素子、複数の太陽電池ユニットが順に積層され、
隣接する前記太陽電池ユニット間には、所定のピッチで形成された開口部が設けられ、
前記光学素子は、その光軸中心が前記開口部を貫くように配置され、前記開口部を通過した前記発光素子からの光を外部に出射させるとともに、前記光学素子の光軸に対して傾斜して入射する外光を前記太陽電池ユニットに集光させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の太陽電池複合型発光装置、あるいは、本発明に係る太陽電池を発光装置に適用することで、限定された視野内に輝度の高い画像光を出力可能とし、情報処理装置などの覗き見防止機能として利用することも可能となる。そして、傾斜して入射する外光を発電電力として利用し、発電効率の向上を図ることとしている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽電池複合型表示（発光）装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施形態に係る太陽電池複合型表示（発光）装置の構成を示す正面図と断面図
【図３】本発明の他の実施形態に係る太陽電池複合型表示（発光）装置の構成を示す正面図と断面図
【図４】本発明の他の実施形態に係る太陽電池複合型表示（発光）装置の構成を示す正面図と断面図
【図５】本発明の他の実施形態に係る太陽電池複合型表示（発光）装置の構成を示す断面図
【図６】本発明の実施形態に係る太陽電池複合型表示（発光）装置を使用した情報処理装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池複合型表示発光装置の構成を示す断面図である。本発明に係る太陽電池複合型表示装置は、画像光を出射する液晶表示装置などの表示装置、あるいは、情報を有さない照明光を出射する照明装置に適用することが可能である。ここでは、表示装置を用いた太陽電池複合型表示装置について説明を行う。
【００１６】
図１に示されるように、太陽電池複合型表示装置は、外光の入射する方向順に光学素子１１、太陽電池ユニット１２、発光素子としての表示画素２２が積層されている。図中、光学素子１１と表示画素２２の間などに設けられた空間は、使用する波長において透明な媒質で満たすこととしてもよい。図１は、太陽電池複合型表示装置の微細な一部を示したものであり、太陽電池複合型表示装置は、これらの構成を多数有して構成される。
【００１７】
太陽電池ユニット１２は、セルやモジュールなどの単位で構成され、複数の太陽電池ユニットにて太陽電池を形成している。隣接する太陽電池ユニット１２の間には、表示画素２２からの画像光を射出させるための開口部１２ａが形成されている。
【００１８】
本実施形態の光学素子１１には凸レンズを使用している。この光学素子１１は、表示画素２２から出射され、太陽電池ユニット１２間に設けられた開口部１２ａを通過した画像光を、外部に出射させる。本実施形態では、光学素子１１（凸レンズ）の光軸中心１１Ａが、表示画素２２を貫くように配置されている。本実施形態では、光学素子１１の光軸中心１１Ａが、開口部１２ａの略中心を貫くように、光学素子１１と太陽電池ユニット１２が位置決めされている。したがって、光学素子１１から出射される画像光は、光軸中心１１Ａと略平行となり、太陽電池複合型発光装置は、表示画素２２の輝度を正面方向に集中して提供することが可能となる。
【００１９】
このような太陽電池複合型発光装置を、携帯電話などの情報処理装置に使用した場合には、情報処理装置の正面から見た場合には輝度の高い画像となり、斜め方向からは画像が見えない、もしくは、視認性の低い画像となる。よってのぞき見防止機能を兼ね備えたものとなる。
【００２０】
また、光学素子１１は、外光を太陽電池ユニット１２に集光させる機能を有している。光学素子１１の光軸中心１１Ａは、太陽電池ユニット１２間の開口部１２ａを通過するように位置していることから分かるように、光学素子１１の光軸中心１１Ａに沿って入射する外光は、太陽電池ユニット１２に入射せず、光軸中心１１Ａに対して傾斜して入射する外光が太陽電池ユニット１２に入射する。
【００２１】
携帯電話などの情報処理装置を利用する場合、利用者の背後に光源が位置するケースが考えられるが、その場合、情報処理装置において、光軸中心１１Ａ方向には利用者が位置し、太陽電池複合型発光装置には光軸中心１１Ａに対して傾斜して入射する外光が多く入射することが考えられる。本実施形態は、このように太陽電池複合型発光装置を利用した情報処理装置などに対し、傾斜して入射する外光を太陽電池ユニット１２に取り込むことを可能としている。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態に係る太陽電池複合型表示装置の構成を示す正面図と断面図の関係を示した図である。図２（Ａ）には太陽電池複合型表示装置の正面図が、図２（Ｂ）には、太陽電池複合型表示装置の側面図が示されている。図２（Ｂ）は、図１と同様、太陽電池複合型発光装置の断面図であり、図２（Ａ）のＤ−Ｄ間の断面図となっている。
【００２３】
本実施形態の太陽電池複合型表示装置は、各構成を縦方向に配置したライン形態となっている。光学素子１１、太陽電池ユニット１２は、紙面上下方向に延在している。表示画素２２は、正面から見たときに光学素子１１を介して見通し可能な位置に配置されている。このようなライン形態では、各構成を製造するにあたって、製造上の簡易化を図ることが可能となる。また、太陽電池ユニット１２に対しては、太陽電池複合表示装置の周囲にて配線することが可能となる。光学素子１１が縦方向に配列されている。
【００２４】
図２（Ａ）の配置形態では、左右方向における視野範囲は限られることとなるが、上下
方向については、太陽電池ユニット１２により遮蔽されないため、その視野範囲は広範囲となる。太陽電池複合型表示装置を情報処理装置に適用する場合、この広範囲な視野方向が、利用者の左右方向となるように配置することで、１つの表示画素２２から出射される画像光を利用者の左右両目に対して入射させ、利用者の左右方向に対しては視野範囲を広げることで、視認性の向上を図ることも可能となる。
【００２５】
本実施形態の太陽電池複合表示装置の製作方法について、その一例を説明する。まず、表示画素２２のピッチ（間隔）で、光学素子１１を有するレンズ形状を形成するための溝部（凹部）を有した賦形型ロールを準備する。その賦形型ロールにエポキシアクリレート系の紫外線硬化型樹脂を供給装置から供給し、その樹脂を賦形型ロールとの間に挟むように厚さ１８８μｍのＰＥＴフィルムをニップロールで押し当てながら貼り合わせた後、そのＰＥＴフィルム側から紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させて、光学素子１１を含んだ光学シートを形成した。
【００２６】
次に、一般的な製造方法によりパターニング済みアモルファスシリコン太陽電池を作製する。すなわち、初めに透明基板４６の一方の面の全面に透明電極層を設け、その上から化学的気相成長（ＣＶＤ）法でアモルファスシリコン層を形成する。そして、水性媒体中にフッ化水素酸を含有するシリコンエッチング液でフォトエッチングすることによりパターニングされた太陽電池層を得る。その後、残存したアモルファスシリコン層上に真空製膜法により金属電極層を形成する。これにより、表示画素のピッチ（間隔）と同一のパターンで光透過性の開口部を有するパターニング済みアモルファスシリコン太陽電池（太陽電池ユニット）を形成する。
【００２７】
次に、表示画素２２が形成される表示部上に、表示画素２２とパターニング済みアモルファスシリコン太陽電池の太陽電池ユニットが一致するように重ね合わせて熱硬化性樹脂で接着する。
【００２８】
次に、パターニング済みアモルファスシリコン太陽電池上に、パターニング済みアモルファスシリコン太陽電池の開口部１２ａと光学素子１１の光軸中心１１Ａ（凸レンズの頂上部）が一致するように重ね合わせて熱硬化性樹脂で接着することで太陽電池複合型表示装置が作製される。以上、太陽電池複合型表示装置の作製方法の一例を説明したが、太陽電池複合型表示（発光）装置の作製方法には、図１、図２で説明した構成を実現する各種形態を採用することが可能である。
【００２９】
図２では、太陽電池複合型表示装置の各構成を正面図上、ライン形態で配置する形態を説明したが、光学素子１１、太陽電池ユニット１２などの各構の配置形態は、他の形態を採用することが可能である。図３には、本発明の他の実施形態に係る太陽電池複合型表示（発光）装置の構成を示す正面図が示されている。図３の形態では、図３（Ａ）の正面図から分かるように、太陽電池ユニット１２は共に格子状に形成され、光学素子１１は、その周囲が太陽電池ユニット１２上に位置するように島状に配置されている。図３（Ｂ）に示す断面図は、図３（Ａ）のＤ−Ｄ間における断面図であって、図１、図２で説明した光学構成となっている。図３（Ａ）では、光学素子１１は矩形形状となっているが、円形形状を採用することも可能である。表示画素２２は、太陽電池ユニット１２の格子間であって、光学素子１１の裏面に配置され、画像光を出射することで観察者に画像を提供する。
【００３０】
図４には、本発明の他の実施形態に係る太陽電池複合型表示（発光）装置の構成を示す正面図が示されている。図４の形態では、図４（Ａ）の正面図から分かるように、光学素子１１と、太陽電池ユニット１２は何れも島状に飛び地配置されている。図４（Ｂ）に示される断面図は、Ｄ−Ｄ間における断面図であって、図１、図２で説明した光学構成となっている。表示画素２２は、光学素子１１の裏面に配置され、画像光を出射することで観
察者に画像を提供する。太陽電池ユニット１２は、四方の光学素子１１の光学素子１１に跨がって、島状に配置され、光学素子１１の光軸中心に対して傾斜して入射する外光を受光可能なように配置されている。なお、この実施形態においても、光学素子１１は矩形形状となっているが、円形形状を採用することも可能である。
【００３１】
なお、図３の太陽電池複合型表示（発光）装置の太陽電池ユニット１２は、格子状に配置されており外光を取り込む面積を稼ぐ点においては、図４の太陽電池ユニット１２の島状に配置された太陽電池ユニット１２よりも有利である。
【００３２】
以上、図１〜図４を用いて本実施形態に係る太陽電池複合型表示装置について説明を行ったが、本発明に係る太陽電池複合型表示装置によれば、太陽電池での出力電力量の向上、及び、発光素子による観察輝度の向上の両立を図ることが可能となる。また、本実施形態の太陽電池複合型発光装置は、画像光の輝度を所定方向に対して集中させることを可能としており、当該所定方向に対する輝度の向上、並びに、当該所定方向以外への視認性を落とすことが可能となり、情報処理装置における覗き見防止として有効である。
【００３３】
なお、図１〜図４では、表示装置に適用した場合について説明したが、本発明は、表示装置のみならず照明装置など、発光素子を有する各種発光装置に適用することが可能である。さらに、本発明は、光学素子１１と、太陽電池ユニット１２が積層された太陽電池モジュールとして提供することも可能である。このように提供された太陽電池モジュールは、表示装置、照明装置などの発光装置と接合され、上述した各種実施形態のような太陽電池複合型発光装置として機能することが可能となる。太陽電池と発光装置の接合は、太陽電池側に設けられた光学素子１１と、発光装置側の発光素子（表示画素２２）、両者のピッチと位置合わせを適切に行うことが重要である。なお、照明装置に適用する場合、発光素子は複数に分離している必要はなく、１つ（単数）の発光素子で形成することが考えられる。この場合、太陽電池ユニット１２に照射される光はけられるものの、光学素子１１により限定した視野内に出力できる。
【００３４】
図５には、本発明の実施形態に係る太陽電池複合型表示装置の構成を示す断面図が示されている。本実施形態の太陽電池複合型表示装置は、太陽電池ユニット１２と表示画素２２の間に集光レンズ２１を設けた点において、前述の実施形態と異なっている。この集光レンズ２１は、表示画素２２から射出された画像光を、太陽電池ユニット１２間の開口部１２ａに集光させる。この集光レンズ２１を設けることで、表示画素２２の幅を開口部１２ａの幅よりも大きく取ることが可能となり、画像光の輝度向上を図ることが可能となる。また、開口部１２ａの幅を狭くすることに伴い、太陽電池ユニット１２の幅を大きくすることが可能であるため、太陽電池ユニット１２による発電量の増大を図ることも可能となる。
【００３５】
図６には、本発明の実施形態に係る太陽電池複合型表示装置を使用した情報処理装置の構成が示されている。本実施形態の情報処理装置は、携帯電話などの携帯型情報処理装置を想定したものであって、表示部３０、太陽電池４０、制御部５１、充電制御部５２、画像制御部５３、バッテリ５４、入力部５５、通信部５６などを備えて構成されている。
【００３６】
表示部３０と太陽電池４０は、本発明の実施形態に係る太陽電池複合型表示装置で構成されており、表示部３０は、複数の表示画素２２を備えて構成され、また、太陽電池４０は、複数の太陽電池ユニット１２を備えて構成されている。
【００３７】
制御部５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有して構成され、充電制御部５２、画像制御部５３など、情報処理装置の各構成を統括して制御する。外光を受光することで、太陽電池４０にて発電された電流は、充電制御部５２によってバッテリ５４を充電する。バ
ッテリ５４は、情報処理装置の各部に対して電源供給を行う。画像制御部５３は、制御部５１の制御に基づいて、表示画素２２の発光状態を制御することで、表示部３０に対して観察可能な画像を表示させる。
【００３８】
このように本実施形態の太陽電池複合型表示装置は、バッテリ５４を使用する携帯型の情報処理装置に採用することで、太陽電池４０による自己発電によって使用時間の延長を図ることが可能となっている。
【００３９】
なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【００４０】
１１…光学素子
１２…太陽電池ユニット
１２ａ…開口部
２１…集光レンズ
２２…表示画素（発光素子）
３０…表示部（発光部）
４０…太陽電池
５１…制御部
５２…充電制御部
５３…画像制御部
５４…バッテリ
５５…入力部
５６…通信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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