(57)【要約】  【課題】有機光電変換素子の光電変換効率を高め、小型化を見込めるとともにより一層の小型化を可能とする。  【解決手段】  光を集光する集光レンズ１１と、この集光レンズ１１で集光された光を受光面１２１ａで受光して発電をする有機光電変換素子１２１およびこの有機光電変換素子１２１の発電による電力で充電されるコンデンサ１２２を回路パターンで接続した状態で搭載する回路基板１２とを、一体に備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を集光する集光レンズと、この集光レンズで集光された光を受光面で受光して発電をする有機光電変換素子およびこの有機光電変換素子の発電による電力で充電される蓄電素子を回路パターンで接続した状態で搭載する回路基板とを、一体に備えることを特徴とするマイクロ電源。
【請求項２】
前記回路基板は、立体成形された立体回路基板になっていることを特徴とする請求項１記載のマイクロ電源。
【請求項３】
前記回路基板は開口を有する凹状に立体成形され、前記集光レンズは出射面を前記回路基板の内面に対面させた状態で前記回路基板の開口の位置に配置され、前記有機光電変換素子は受光面を前記開口側に向けた状態で凹状の前記回路基板の内面に搭載され、前記蓄電素子は前記回路基板の、前記有機光電変換素子を搭載する面を除く面に搭載されていることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ電源。
【請求項４】
前記蓄電素子は、前記回路基板の表面に複数並列に搭載されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマイクロ電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光で発電をする有機光電変換素子およびこの発電による電力で充電される蓄電素子により構成されるマイクロ電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン系の太陽電池および蓄電素子を電源として動作する各種機器（以下「発電機能付装置」という。）が普及してきている。そして、その小型化に伴い、発電機能付装置に具備される電源の小型化も要求され、小面積かつ小容積で電源出力の大きいものが望まれている。
【０００３】
なお、特許文献１には、太陽電池と、この出力を制御する電力制御装置とを有した太陽電池電源において、運転開始時に、太陽電池の出力特性を測定して最適動作点を検知し、それを制御目標に設定して電力制御をするものが開示されている。
【特許文献１】特開平７−２０９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の発電機能付装置に具備される電源では、太陽電池および蓄電素子が平面状の回路基板に搭載されるため、小型化に限界があり、その電源を具備する発電機能付装置を小型化するのに障害となっていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、有機光電変換素子の光電変換効率を高めることができ、小型化を見込めるとともにより一層の小型化が可能となるマイクロ電源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明のマイクロ電源は、光を集光する集光レンズと、この集光レンズで集光された光を受光面で受光して発電をする有機光電変換素子およびこの有機光電変換素子の発電による電力で充電される蓄電素子を回路パターンで接続した状態で搭載する回路基板とを、一体に備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成では、集光レンズが光を集光して有機光電変換素子の受光面に照射することにより、有機光電変換素子の光電変換効率を高めることができ、小型化を見込めるほか、集光レンズと、有機光電変換素子および蓄電素子を搭載する回路基板とを一体に備えることにより、より一層の小型化が可能となる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のマイクロ電源において、前記回路基板は、立体成形された立体回路基板になっていることを特徴とする。この構成では、立体成形された立体回路基板に有機光電変換素子および蓄電素子を搭載することにより、平面状の回路基板に有機光電変換素子および蓄電素子を搭載する場合に比べて、最大寸法を縮小することが可能となる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のマイクロ電源において、前記回路基板は開口を有する凹状に立体成形され、前記集光レンズは出射面を前記回路基板の内面に対面させた状態で前記回路基板の開口の位置に配置され、前記有機光電変換素子は受光面を前記開口側に向けた状態で凹状の前記回路基板の内面に搭載され、前記蓄電素子は前記回路基板の、前記有機光電変換素子を搭載する面を除く面に搭載されていることを特徴とする。この構成では、回路基板を凹状に立体成形することにより、従来よりも最大寸法を縮小することが可能になるとともに、回路基板に、有機光電変換素子および蓄電素子を搭載する面を確保することが可能となる。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載のマイクロ電源において、前記蓄電素子は、前記回路基板の表面に複数並列に搭載されていることを特徴とする。この構成では、蓄電容量の大きなマイクロ電源を提供することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、有機光電変換素子の光電変換効率を高めることができ、小型化を見込めるとともにより一層の小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明による一実施形態のマイクロ電源の概略構成図、図２は同マイクロ電源を用いた発電機能付き装置の概略構成図、図３は同発電機能付き装置を用いたワイヤレスセンサネットワークシステムの概略構成図である。
【００１３】
図３に示すワイヤレスセンサネットワークシステムは、複数の発電機能付き装置１と、コントローラ２とにより構成されている。各発電機能付き装置１は、本実施形態では、例えば、明るさ検出信号、人検出信号などの各種検出信号を、赤外線または電波などのワイヤレスで送信する発電機能付きセンサ装置である。コントローラ２は、それらの各検出信号に応じて、照明などの負荷の電源入切または侵入者報知などの各種制御を実行するものである。
【００１４】
そして、本実施形態の特徴となるマイクロ電源１０は、図２に示すように、発電機能付き装置１において、例えば環境センサ、防犯センサとしての照度センサ、熱線センサなどの各種センサ部１３と、この出力から得られる上記検出信号を上記ワイヤレスで送信する送信部１４とともに使用されて、それら各部に電力を供給するようになっている。本実施形態では、図１に示すように、光を集光する半球状の集光レンズ１１と、回路基板１２とが一体に設けられている。
【００１５】
集光レンズ１１は、半球面状の入射面に入射した光を集光して後述の有機光電変換素子１２１の受光面１２１ａ全面に照射するものであり、例えば、東京硝子器械株式会社製のＫＬＬ−４０１を使用することができる。
【００１６】
回路基板１２は、例えば円状の開口１２ａを有する凹状（図１，図２では立方体状）に立体成形された立体回路基板(Molded Interconnect Device)であり、自己の内部底面１２ｂに集光レンズ１１の円状の出射面１１ｂを対面させた状態で自己の開口縁部１２ｃに集光レンズ１１を固定保持している。
【００１７】
この回路基板１２の本体（以下「基体」という。）は、例えば、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ポリフェニリンオキサイド（ＰＰＳ）などから立体成形品を作製し、レーザパターニング技術、高密着薄膜形成技術を用いる微細複合加工で、所望の回路パターン（図示せず）を上記立体成形品に形成することにより、好適に製造することができる。すなわち、回路パターンは、例えば、立体成形品の全面に銅スパッタリングで０．１〜１μｍの範囲内の薄膜（電気銅膜）を形成し、レーザパターニング技術で当該回路パターンの輪郭部分の電気銅膜を除去し、当該回路パターンの部分（回路部分）に電気メッキで２０μｍ程度の薄膜を形成し、当該回路パターンの部分以外の電気銅膜をソフトエッチングで除去し、上記回路部分に電気ニッケルめっきまたは電気金めっきで薄膜を形成することにより、立体成形品の面上に好適に形成される。
【００１８】
また、回路基板１２の基体の内部底面１２ｂには、受光面１２１ａを上記開口１２ａ側に向けた状態で、集光レンズ１１により集光された光を受光面１２１ａで受光して発電をする有機光電変換素子１２１が搭載され、上記図示しない回路パターンと接続される。
【００１９】
有機光電変換素子１２１は、例えば、光電変換層および透明電極を含む有機太陽電池であり、上記基体の内部底面１２ｂに対して、光電変換層をスプレー法またはインクジェット法、真空蒸着法などで形成するとともに、回路パターンと接続される透明電極を真空蒸着法またはスパッタリング法などで形成することにより、その内部底面１２ｂに搭載される。
【００２０】
有機光電変換素子１２１の光電変換層には、フタロシアニン系顔料、インジゴ、チオインジゴ系顔料、キナクリドン系顔料、メロシアニン化合物、シアニン化合物、スクアリウム化合物のほか、有機電子写真感光体に用いられる電荷移動剤、電気伝導性有機電荷移動錯体、更には導電性高分子を使用可能である。
【００２１】
フタロシアニン系顔料の具体例としては、中心金属がＣｕ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｍｇ等の２価のもの、無金属フタロシアニン、アルミニウムクロロフタロシアニン、インジウムクロロフタロシアニン、ガリウムクロロフタロシアニン等のハロゲン原子が配位した３価金属のフタロシアニン、その他バアナジルフタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の酸素が配位したフタロシアニン等が挙げられる。
【００２２】
電荷移動剤の具体例としては、ヒドラジン化合物、ピラゾリン化合物、トリフェニルメタン化合物、トリフェニルアミン化合物等が挙げられる。電気伝導性有機電荷移動錯体の具体例としては、テトラチオフルハレン、テトラフェニルテトラチオフラハレン等が挙げられる。導電性高分子の具体例としては、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン等、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のトルエン等の有機溶媒に可溶なものが挙げられる。
【００２３】
さらに、回路基板１２の基体の、有機光電変換素子１２１を搭載する面を除く面には、コンデンサ１２２が搭載され、上記回路パターンと接続される。図１の例では、回路基板１２の基体の、有機光電変換素子１２１を搭載する面を除く面のうち、外面（表面）全域に亘ってコンデンサ１２２が複数搭載されている。各コンデンサ１２２は、例えば、ボタンないしコイン型の超小型で長寿命の電気二重層コンデンサ（ウルトラキャパシタ）であり、回路パターンを介して、有機光電変換素子１２１の電極（透明電極）と電気的に接続されるとともに互いに並列に接続されることにより、有機光電変換素子１２１の発電による電力で充電される。なお、各コンデンサ１２２は、直列に接続される構成でもよい。
【００２４】
上記の如く、集光レンズ１１で集光された光を受光面１２１ａで受光して発電をする有機光電変換素子１２１と、この有機光電変換素子１２１の発電による電力で充電される各コンデンサ１２２とを、上記基体にこの回路パターンで接続した状態で搭載することにより回路基板１２が構成される。
【００２５】
上記構成のマイクロ電源１０では、集光レンズ１１が光を集光して有機光電変換素子１２１の受光面１２１ａに照射することにより、有機光電変換素子１２１の光電変換効率を高めることができ、小型化を見込めるほか、集光レンズ１１と、有機光電変換素子１２１およびコンデンサ１２２を搭載する回路基板１２とを一体に備えることにより、より一層の小型化が可能となる。
【００２６】
また、立体成形された回路基板１２に有機光電変換素子１２１およびコンデンサ１２２を搭載することにより、平面状の回路基板に有機光電変換素子１２１およびコンデンサ１２２を搭載する場合に比べて、平面方向の最大寸法を縮小することが可能となる。特に、回路基板１２を凹状に立体成形することにより、従来よりも最大寸法を縮小することが可能になるとともに、回路基板１２の立面を活用することにより、有機光電変換素子１２１およびコンデンサ１２２を搭載する面を確保することが可能となる。図１，図２の例に示すように、回路基板１２を立方体状に立体成形すれば、最大寸法を最小にすることができるとともに、有機光電変換素子１２１およびコンデンサ１２２を搭載する面を最大にすることができる。
【００２７】
さらに、回路基板１２の外面（表面）にコンデンサ１２２を複数並列に搭載することにより、蓄電容量の大きなマイクロ電源を提供することができる。
【００２８】
なお、図１，図２では、立方体状の回路基板１２を例示したが、本発明の回路基板は、立方体状に限らず、例えば、底面が多角形の立体形状でもよく、あるいは底面が円ないし楕円状の円筒状でもよい。
【００２９】
また、図１の例では、回路基板１２の、有機光電変換素子１２１を搭載する面を除く面のうち、外面（表面）全域に亘ってコンデンサ１２２が複数搭載される構成になっているが、本発明は、そのような構成に限定されるものではなく、例えば、回路基板１２の、有機光電変換素子１２１を搭載する面を除く面のうち、外面（表面）および内面の少なくとも一方の面にコンデンサ１２２が少なくとも一つ搭載される構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による一実施形態のマイクロ電源の概略構成図である。
【図２】同マイクロ電源を用いた発電機能付き装置の概略構成図である。
【図３】同発電機能付き装置を用いたワイヤレスセンサネットワークシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  発電機能付き装置
２  コントローラ
１０  マイクロ電源
１１  集光レンズ
１２  回路基板
１２１  有機光電変換素子
１２２  コンデンサ
【図１】
2005245070.tif 000003
【図２】
2005245070.tif 000004
【図３】
2005245070.tif 000005