(57)【要約】【課題】太陽電池での出力電力量の向上と、発光素子による観察輝度の向上の両立を図る。【解決手段】本発明に係る太陽電池複合型発光装置は、光学シート、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、光学シートは、集光領域と、発散領域を有し、集光領域は、外光を前記太陽電池ユニットに集光し、発散領域は、前記発光素子から出射される光を外部に発散させることを特徴とする。【選択図】図１
2015028852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学シート、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、
前記光学シートは、集光領域と、発散領域を有し、
前記集光領域は、外光を前記太陽電池ユニットに集光し、
前記発散領域は、前記発光素子から出射される光を外部に発散させる
太陽電池複合型発光装置。
【請求項２】
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る光を前記発散領域に集光させる
請求項１に記載の太陽電池複合型発光装置。
【請求項３】
前記発散領域の幅は、前記集光領域の幅が前記太陽電池ユニットの幅よりも狭くならない範囲を上限とするとともに、下記の条件式の値Ｄを下限とする
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。
Ｄ＝２（Δθ×ｆ）
ただし、Δθ：前記発光素子が射出する光の平行度
ｆ：前記集光レンズもしくは前記集光領域の焦点距離
【請求項４】
前記発散領域は、前記発光素子から出射された光を散乱させて外部に出射する光学機能を有する
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、
光学シート、複数の太陽電池ユニットが順に積層され、
前記光学シートは、集光領域と、発散領域を有し、
前記集光領域は、外光を前記太陽電池ユニットに集光し、
前記発散領域は、前記発光素子から出射される光を外部に発散させる
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モジュールに関する。
【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。また、十分な視野角を確保することができず、高い視認性を実現することができなかった。
【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における輝度、視野角といった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、
光学シート、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、
前記光学シートは、集光領域と、発散領域を有し、
前記集光領域は、外光を前記太陽電池ユニットに集光し、
前記発散領域は、前記発光素子から出射される光を外部に発散させる。
【０００９】
さらに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る光を前記発散領域に集光させる。
【００１０】
さらに本発明に係る太陽電池複合型発光装置において、
前記発散領域の幅は、前記集光領域の幅が前記太陽電池ユニットの幅よりも狭くならない範囲を上限とするとともに、下記の条件式の値Ｄを下限とする。
Ｄ＝２（Δθ×ｆ）
ただし、Δθ：前記発光素子が射出する光の平行度
ｆ：前記集光レンズもしくは前記集光領域の焦点距離
【００１１】
さらに本発明に係る太陽電池複合型発光装置において、
前記発散領域は、前記発光素子から出射された光を散乱させて外部に出射する光学機能を有する。
【００１２】
また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、
光学シート、複数の太陽電池ユニットが順に積層され、
前記光学シートは、集光領域と、発散領域を有し、
前記集光領域は、外光を前記太陽電池ユニットに集光し、
前記発散領域は、前記発光素子から出射される光を外部に発散させる。
【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、太陽電池での出力電力量の向上を図るとともに、光学シートに形成された発散領域により、視認性（特に、広い視野角）の向上の両立を図ることが可能となる。
【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）装置の発散領域の幅を説明するための断面図
【図７】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シート１０、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、光学シート１０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】
光学シート１０には、外部に面する側に、頂上部と下底部を有する光学面が形成されている。頂上部を有する側、すなわち、正のパワーを有する凸レンズとして機能する側を集光領域Ｂ、そして、下底部を有する側、すなわち、負のパワーを有する凹レンズとして機能する側を発散領域Ａとしている。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。光学シート１０に形成された集光領域Ｂで集光した外光は、太陽電池ユニット１２上に結像される。このように本実施形態では、集光領域Ｂを使用することで、外光の集光効率の向上を図り発電性能の向上が図られている。
【００１８】
表示画素２２は、画像光を出射し、複数の表示画素２２の画像光にて観察者に画像を提供する。表示画素２２から出射された画像光は、発散領域Ａを通過して外部に出射される。このとき、表示画素２２から出射された画像光は、その殆どが発散領域Ａを通過するように配置しておくことが好ましい。このような配置により、画像光の損失を抑え、表示装置としての輝度向上を図ることが可能となる。前述したように発散領域Ａは、凹レンズとして機能するため、表示画素２２からの画像光に対して発散角を付与し、画像光の視野角の拡大が図られている。このように本実施形態に係る光学シート１０は、太陽電池ユニット１２への外光集光機能と、表示画素２２の発散機能（視野角拡大機能）を１の光学素子で実現したものとなっている。
【００１９】
この発散領域Ａには、表示画素２２から出射された光を散乱させて外部に出射する光学機能を設けることとしてもよい。このような光学機能としては、発散領域Ａの外光側の面に凹凸を設ける、あるいは、光学シート１０の発散領域Ａ内部に光を散乱させる光学材料を埋設することなどが考えられる。非集光領域Ａがこのような光学機能を有することで、画像光の視野角を更に大きくすることが可能となる。
【００２０】
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、太陽電池複合型表示装置の断面図を示したものである。
【００２１】
本実施形態の太陽電池複合型表示装置は、光学シート１０に形成された発散領域Ａと集光領域Ｂ、太陽電池ユニット１２を縦方向に配置したライン形態となっている。光学シート１０の発散領域Ａ及び集光領域Ｂ、太陽電池ユニット１２は、紙面上下方向に延在している。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。
【００２２】
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）で所定の波型形状を形成するための突起（凹凸部）を有し
た賦形型ロールを準備し、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る。その後、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シート１０を形成した。
【００２３】
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１２ａ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。
【００２４】
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開口部１２ａ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。
【００２５】
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と集光領域Ｂの中心が一致するように位置決めして、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。
【００２６】
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、光学シート１０の発散領域Ａと集光領域Ｂ、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、光学シート１０上において、発散領域Ａと集光領域Ｂは格子状に形成されている。太陽電池ユニット１２は、格子状に形成された集光領域Ｂに対応する位置に格子状に形成されている。図３（Ｂ）に示す断面図は、図３（Ａ）のＤライン上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、太陽電池ユニット１２の格子間に島状に配置され、画像光を出射して観察者に画像を提供する。
【００２７】
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、発散領域Ａと集光領域Ｂは、図３の場合と同様、格子状に配置され、太陽電池ユニット１２と表示画素２２は何れも島状に飛び地配置されている。図４（Ｂ）の下方に示される断面図は、Ｄライン上での断面図であって、図１、図２で説明した光学構成となっている。また、図４（Ｂ）の右方には、光学シート１０について、Ｄ’ライン上での断面図が示されている。表示画素２２は、各発散領域Ａの裏面に位置して画像光を出射して、観察者に画像を提供する。
【００２８】
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、視認性の向上の両立を図ることが可能となる。特に、本実施形態では、光学シート１０の発散領域Ａにより、視認性上、視野角の拡大が図られている。
【００２９】
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、光学シート１０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ある。太陽電池モジュールと発光装置の接合は、太陽電池側に設けられた発散領域Ａ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、第２集光レンズ２１の間に照射される光はけられるものの、発散領域Ａにより発散されて、広い視野角が得られる。
【００３０】
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、光学シート１０発散領域Ａに集光させる。この集光レンズ２１を設けることで、発散領域Ａの面積を小さく抑え、集光領域Ｂの面積を拡大することが可能となり、太陽電池ユニット１２による発電量の増大を図ることが可能となる。また、発散領域Ａの面積よりも表示画素２２の面積を大きく取ることが可能となるため、画像光の輝度向上を図ることも可能となる。
【００３１】
図６は、集光レンズ２１を設けた太陽電池複合型表示装置について、発散領域Ａの幅を説明するための断面図である。集光領域Ｂによる集光面積を大きくすることで太陽電池ユニット１２による発電量の増大は図られるものの、その場合、発散領域Ａの幅Ｄを狭くする必要がある。その場合、表示画素２２からの画像光が集光領域Ｂにあたることにより有効に発散されず、画像光の視野角が不十分となることが考えられる。一方、発散領域Ａの幅Ｄを広く取った場合には、集光面積が狭くなり発電量が低下することが考えられる。
【００３２】
ここでは、太陽電池複合型表示装置における発電量と輝度の両立について検討する。これらを両立させるためには、画像光が集光領域Ｂにかからない程度に、発散領域Ａの幅Ｄを狭くすることが重要である。そのため、本実施形態では、表示装置２２から出射される画像光の平行度Δθに着目し、発散領域Ａの幅Ｄの検討を行う。ここで、第２集光レンズ２１の焦点距離はｆであり、発散領域Ａの表面（外光側）に焦点を位置させた場合について考える。表示画素２２から出射される画像光に±Δθの平行度が生じている場合、発散領域Ａでのボケの半径ｄ（焦点位置の移動量）は、下記条件式（１）で表すことができる。
ｄ≒Δθ×ｆ              ・・・（１）
【００３３】
ボケの半径ｄが、発散領域Ａ内に収まるようにすることで、集光レンズ２１で集光された画像光の殆どをを発散領域Ａから出射させることが可能となり、画像光の視野角を確保することが可能となる。したがって、発散領域Ａの幅Ｄの下限は、発散領域Ａ内にボケが収まるように下記条件式（２）を満たすことが好ましい。
Ｄ＝２ｄ＝２（Δθ×ｆ）  ・・・（２）
【００３４】
なお、集光レンズ２１から出射された画像光の周囲部分が太陽電池ユニット１２の裏面でけられてしまう場合には、条件式（２）において、集光レンズ２１の焦点距離ｆに代え、集光領域Ｂの焦点距離ｆ’を使用することで、発散領域Ａの幅Ｄの下限を規定することが可能である。
【００３５】
一方、発散領域Ａの上限は、光学シート１０に設けられた集光領域Ｂの幅が太陽電池ユ
ニット１２の幅よりも狭くならないようにすることが好ましい。集光領域Ｂの幅が太陽電池ユニット１２の幅よりも小さい場合、発散領域Ａの幅Ｄは大きく取ることができるものの、集光領域Ｂの面積は低下するとともに、集光領域Ｂによる集光効果も薄れることとなる。
【００３６】
図７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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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】
【００４１】
１０…光学シート
Ａ…発散領域
Ｂ…集光領域
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】
2015028852.tif 000003
【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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【図７】
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