(57)【要約】  ここで説明される様々な実施形態において、デバイスは、光電池２０３に光学的に結合されているライトガイド層（２０１）にわたって配置された角度転換層（２０９）を備えている。複数の表面フィーチャ（２０２）が前記ライトガイド層の一つの表面上に形成されている。前記表面フィーチャ（２０２）は、互いに角度の付けられたファセットを備えることができる。前記角度転換層（２０９）は、体積フィーチャまたは表面レリーフフィーチャである回折フィーチャを備えることができる。第１の角度で前記角度転換層（２０９）に入射する光（２１０、２１１）は、第２の角度で前記ライトガイド層（２０１）に向かって転向され、及びその後前記ライトガイド（２０１）の前記表面フィーチャにより第３の角度に向け直され、及び複数の全反射により前記ライトガイド層を通して誘導されうる。
2012503221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光デバイスであって、
頂部及び底部表面を有するライトガイドであって、前記ライトガイドは前記頂部及び底部表面での複数の全反射により光をその中に誘導しているライトガイドと、
前記ライトガイドの前記頂部表面の垂線に対して第１の角度で光を受けるように配置された複数の回折フィーチャと、
前記複数の回折フィーチャの後方に配置された複数のプリズムフィーチャと、
を備えており、
前記回折フィーチャは、前記複数のプリズムフィーチャに向かって前記光を第２の角度で向け直すために構成されており、
前記第２の角度は、前記第１の角度よりも垂直であり、
前記複数のプリズムフィーチャは、光が前記ライトガイドの前記頂部及び底部表面からの全反射により前記ライトガイド内に誘導されるように、前記回折フィーチャにより向け直された光を転向させるために構成されている集光デバイス。
【請求項２】
前記ライトガイドは、プレート、シート、またはフィルムを備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項３】
前記ライトガイドは、柔軟である請求項１の集光デバイス。
【請求項４】
前記ライトガイドは、薄膜を備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項５】
前記ライトガイドは、ガラスを備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項６】
前記ライトガイドは、プラスチックを備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項７】
前記ライトガイドは、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステルまたはシクロオレフィンポリマーを備えている請求項６の集光デバイス。
【請求項８】
前記複数の回折フィーチャは、体積フィーチャを備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項９】
前記複数の回折フィーチャは、表面レリーフフィーチャをさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項１０】
前記複数の回折フィーチャを備えているホログラフィック層をさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項１１】
前記ホログラフィック層内に複数のホログラムをさらに備えている請求項１０の集光デバイス。
【請求項１２】
第１組の複数の回折フィーチャを備えている第１のホログラフィック層と、第２組の複数の回折フィーチャを備えている第２のホログラフィック層とをさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項１３】
前記第１のホログラフィック層及び前記第２のホログラフィック層は共にラミネートされている請求項１２に記載の集光デバイス。
【請求項１４】
前記複数の回折フィーチャを備えている回折層とその上の平坦化層をさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項１５】
前記第１の角度は、前記ライトガイドの表面に対する垂線からおおよそ１０度及び９０度の間である請求項１の集光デバイス。
【請求項１６】
前記第２の角度は、前記ライトガイドの表面に対しておおよそ垂直である請求項１の集光デバイス。
【請求項１７】
前記複数の回折フィーチャは、前記ライトガイドの頂部表面上に形成されている請求項１の集光デバイス。
【請求項１８】
前記複数のプリズムフィーチャは、細長いグルーブを備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項１９】
前記細長いグルーブは、真っ直ぐである請求項１８の集光デバイス。
【請求項２０】
前記細長いグルーブは、曲がっている請求項１８の集光デバイス。
【請求項２１】
前記複数のプリズムフィーチャは、互いに角度付けされた平面のファセットを備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項２２】
平面のファセットは、互いに対して１５度から８５度の間の角度で指向されている請求項２１の集光デバイス。
【請求項２３】
プリズムフィーチャは、ピットをさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項２４】
前記ピットは、円錐である請求項２３の集光デバイス。
【請求項２５】
前記ピットは、傾いた表面部分を備えている少なくとも三つの側面を有している請求項２３の集光デバイス。
【請求項２６】
前記プリズムフィーチャは、同一の形状を有している請求項１の集光デバイス。
【請求項２７】
少なくともいくつかのプリズムフィーチャは異なる形状を有している請求項１の集光デバイス。
【請求項２８】
前記複数のプリズムフィーチャは、前記ライトガイドの前記底部表面上に形成されている請求項１の集光デバイス。
【請求項２９】
前記複数のプリズムフィーチャは、一つ以上のプリズムフィルム内に含まれている請求項１の集光デバイス。
【請求項３０】
前記一つ以上のプリズムフィルムは、前記ライトガイドの後方に配置されている請求項２９の集光デバイス。
【請求項３１】
第１組のプリズムフィーチャを備えている第１のプリズムフィルムと、第２組のプリズムフィーチャを備えている第２のプリズムフィルムとをさらに備えている請求項２９に記載の集光デバイスであって、
前記第１のプリズムフィルムにおける少なくともいくつかの前記第１組のプリズムフィーチャは、前記第２のプリズムフィルムにおけるいくつかの第２組のプリズムフィーチャに対して横方向に相補している集光デバイス。
【請求項３２】
前記第１のプリズムフィルムにおける少なくともいくつかの前記第１組のプリズムフィーチャは、前記第２のプリズムフィルムにおけるいくつかの第２組のプリズムフィーチャと異なって成形されている請求項３１の集光デバイス。
【請求項３３】
前記複数のプリズムフィーチャは、複数の平行な線形経路に沿ってのびている請求項１の集光デバイス。
【請求項３４】
前記プリズムフィーチャは、複数の同心の円形の曲線経路に沿ってのびている請求項１の集光デバイス。
【請求項３５】
前記複数のプリズムフィーチャは、複数の楕円形の曲線経路に沿ってのびている請求項１の集光デバイス。
【請求項３６】
前記複数のプリズムフィーチャはさらに、
第１組のプリズムフィーチャを備えている第１のセクションと、
第２組のプリズムフィーチャを備えている第２のセクションと、
を備えており、
前記第１及び第２セクションは、互いに横方向に配置されており、及び前記第１組のプリズムフィーチャは、前記第２組のプリズムフィーチャと異なる形状または方位を有している請求項１の集光デバイス。
【請求項３７】
一つ以上の接着層をさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項３８】
前記接着層は、圧感接着剤を備えている請求項３７の集光デバイス。
【請求項３９】
前記接着層は、前記複数の回折フィーチャと前記ライトガイドの前記頂部表面との間に配置されている請求項３７の集光デバイス。
【請求項４０】
前記接着層は前記複数のプリズムフィーチャと前記ライトガイドの前記底部表面との間に配置されている請求項３７の集光デバイス。
【請求項４１】
前記接着層の屈折率は、前記ライトガイド材料の屈折率より低い請求項３７の集光デバイス。
【請求項４２】
前記接着層は、前記ライトガイド内の閉じ込めを増大させるためにクラッド層として構成されている請求項４１の集光デバイス。
【請求項４３】
前記ライトガイド内に誘導された光を受けるために構成された第１の光電池をさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項４４】
前記第１の光電池は、光電池を備えている請求項４３の集光デバイス。
【請求項４５】
前記第１の光電池は、前記ライトガイドの端部に結合されたバットである請求項４３の集光デバイス。
【請求項４６】
前記ライトガイドは、傾いた表面を含み、及び前記第１の光電池は、そこから反射された光を受けるために前記傾いた表面に関して配置されている請求項４３の集光デバイス。
【請求項４７】
前記第１の光電池は、前記第１のライトガイドの下に配置されている請求項４６の集光デバイス。
【請求項４８】
前記第１の光電池は、前記ライトガイドの角に配置されている請求項４３の集光デバイス。
【請求項４９】
前記ライトガイド内に誘導された光を受けるために構成された第２の光電池をさらに備えている請求項４３の集光デバイス。
【請求項５０】
前記第１のライトガイドは、自動車、航空機、宇宙船、または航海船上に配置されている請求項４３の集光デバイス。
【請求項５１】
前記第１のライトガイドは、自転車、ストローラ、トレーラ上に配置されている請求項４３の集光デバイス。
【請求項５２】
前記第１のライトガイドは、衣類の品物上に配置されている請求項４３の集光デバイス。
【請求項５３】
前記第１のライトガイドは、シャツ、パンツ、ショーツ、コート、ジャケット、ベスト、帽子、または靴下上に配置されている請求項５２の集光デバイス。
【請求項５４】
前記第１のライトガイドは、コンピュータ、携帯電話、または携帯端末上に配置されている請求項４３の集光デバイス。
【請求項５５】
前記第１のライトガイドは、建築物上に配置されている請求項４３の集光デバイス。
【請求項５６】
前記第１のライトガイドは、家またはビル上に配置されている請求項５５の集光デバイス。
【請求項５７】
前記第１のライトガイドは、電気デバイス上に配置されている請求項４３の集光デバイス。
【請求項５８】
前記第１のライトガイドは、ライト、電話、またはモータ上に配置されている請求項５７の集光デバイス。
【請求項５９】
前記第１のライトガイドは、テントまたは寝袋上にある請求項４３の集光デバイス。
【請求項６０】
前記第１のライトガイドは、巻かれたかまたは折られている請求項４３の集光デバイス。
【請求項６１】
集光デバイスであって、
光を誘導するための手段であって、前記光誘導手段は頂部及び底部表面を有しており、前記光誘導手段は、前記頂部及び底部表面で複数の全反射によりその中に光を誘導するために構成されている光誘導手段と、
光を回折させるための複数の手段であって、前記光回折手段は前記光誘導手段の前記頂部表面に対する垂線に対して第１の角度で光を受けるように配置されている光回折手段と、
光を転換するための複数の手段であって、前記複数の回折手段の後方に配置されている光転換手段と、
を備えており、
前記複数の回折手段は、前記複数の光転換手段の方向に第２の角度で前記光を向け直すように構成されており、
前記第２の角度は前記第１の角度より垂直であり、
前記光が前記光誘導手段の前記頂部及び底部表面から全反射により前記光誘導手段内に誘導されるように、前記複数の光転換手段が前記回折手段により向け直された光を転換するように構成されている集光デバイス。
【請求項６２】
前記光誘導手段はライトガイドを備えており、または前記複数の回折手段は複数の回折手段を備えており、前記複数の光転換手段は複数のプリズムフィーチャを備えている請求項６１の集光デバイス。
【請求項６３】
集光デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
頂部及び底部表面を有するライトガイドを提供する段階であって、前記ライトガイドは前記頂部及び底部表面で複数の全反射によりその中に光を誘導するように構成されている段階と、
複数の回折フィーチャを提供する段階であって、前記複数の回折フィーチャは、前記ライトガイドの前記頂部表面に対する垂線に対して第１の角度で光を受けるように構成されている段階と、
複数のプリズムフィーチャを提供する段階であって、前記複数のプリズムフィーチャは前記複数の回折フィーチャの後方に配置されている段階と、
を備えており、
前記複数の回折フィーチャは前記複数のプリズムフィーチャに向かって第２の角度で前記光を向け直すように構成されており、
前記第２の角度が前記第１の角度より垂直であり、
前記光が前記ライトガイドの前記頂部及び底部表面からの全反射により前記ライトガイド内に誘導されるように、前記複数のプリズムフィーチャが前記回折フィーチャにより向け直された前記光を転換させるように構成されている方法。
【請求項６４】
前記複数のプリズムフィーチャは、前記ライトガイドの後方に配置されている請求項６３の方法。
【請求項６５】
前記複数のプリズムフィーチャは、成形加工により提供される請求項６３の方法。
【請求項６６】
前記複数のプリズムフィーチャは、エンボス加工により提供される請求項６３の方法。
【請求項６７】
前記複数のプリズムフィーチャは、エッチングにより提供される請求項６３の方法。
【請求項６８】
前記複数の回折フィーチャは、前記ライトガイドの前方に配置されている請求項６３の方法。
【請求項６９】
前記複数の回折フィーチャは、前記ライトガイドの前方に配置されている層内に提供される請求項６３の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．セクション１１９（ｅ）に従って、２００８年９月１８日出願の米国仮出願６１／０９８，１７９号である「太陽光収集器／集光器における光収集の角度範囲の増大化」（代理人整理番号ＱＭＲＣ．０１０ＰＲ）からの優先権を主張し、その出願全体を引用により本明細書に含める。
【０００２】
本発明は、光収集器及び集光器の分野に関連しており、より詳細には、太陽光放射を収集及び集光するために微細構造化した薄膜を用いることに関連している。
【背景技術】
【０００３】
太陽エネルギーは、熱や電気のような他のエネルギーの形態へ転換されうる再生可能なエネルギー源である。信頼のある再生可能なエネルギー源として太陽エネルギーを用いることにおける主な欠点は、光エネルギーの熱や電気への転換における低い効率、または、一日の時間及び一年の月に依存した太陽エネルギーの変化である。
【０００４】
光電池（ＰＶ  ｃｅｌｌ）が、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するために利用されることができる。光電池を用いるシステムは、１０％から２０％の変換効率を有することができる。光電池は、太陽エネルギーを用いる他のデバイスとして、非常に薄く、及び大きくも分厚くもないように作られうる。光電池は、数ミリメートルから十数センチメートルの幅及び長さの範囲にあることができる。一つの光電池からの個別の電気出力は、数ミリワットから数ワットの範囲にありうる。いくつかの光電池が、十分な量の電気を生産するために電気的に接続され及びパッケージ化されうる。
【０００５】
太陽光集光器は、光電池におけるより高い変換効率を達成するために太陽エネルギーを収集し及び集中させるために利用されることができる。例えば、光エネルギーを熱及び電気に変換するデバイス上に光を集光及び集中させるために放物面鏡が用いられることができる。他のタイプのレンズ及び鏡が変換効率を顕著に増大させるために利用されうるが、一日の時間、一年の月、または天候状態に依存して受ける太陽エネルギーの量の変化を克服していない。さらに、太陽光を効率的に収集及び集中させるために要されるレンズ及びミラーは大きくある必要があるので、レンズ／鏡を採用しているシステムは分厚く且つ重くなる傾向にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光電池は、出力を人工衛星及びスペースシャトルに供給するため、電気を住宅地や商業地に供給するため、自動車のバッテリーや他のナビゲーション機器を充電するため、のような幅広い応用に用いられることができる。それ故、多くの応用のために、これらの光収集器及び／または集光器はコンパクトサイズであることも望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
個々で説明される様々な実施形態は、周辺光を収集／集光し、及び前記収集された光を光電池に向けるためのライトガイドを備えている。前記ライトガイドは、前記ライトガイドの前に配置された一つ以上のホログラフィック層であってもよい。前記ホログラフィック層は体積ホログラムまたは表面レリーフフィーチャを備えていてもよい。前記ホログラフィック層は第１の角度で入射する光転換させ、及び複数のプリズムフィーチャに向かって第２の角度で入射光を向け直させうる。前記プリズムフィーチャは、前記ライトガイドの後に配置されうる。前記プリズムフィーチャ上の入射光は、複数の全内部反射により前記ライトガイドを通して光を伝播させるようにさらに向け直される。前記プリズムフィーチャは、光を反射するファセットを備えうる。いくつかの実施形態において、前記ファセットは、互いに対して曲げられていてもよい。前記光電池は前記ライトガイドに光学的に結合されている。いくつかの実施形態において、前記光電池は、前記ライトガイドに隣接して配置されていてもよい。いくつかの他の実施形態において、前記光電池は、前記ライトガイドの一つの角に配置されていてもよい。様々な実施形態において、前記光電池は、前記ライトガイドの下に配置されていてもよい。いくつかの実施形態において、前記ライトガイドは基板上に配置されていてもよい。前記基板は、ガラス、プラスチック、エレクトロクロミックガラス、スマートガラスなどを備えていてもよい。
【０００８】
ここで説明される様々な実施形態は、光収集デバイスを備えている。前記光収集デバイスは、光を案内する手段を備えており、前記光案内手段は、頂部及び底部表面を有している。様々な実施形態において、前記光案内手段は、前記頂部及び底部表面で複数の全内部反射によりその中に光を案内するように構成されている。様々な実施形態において、前記光収集デバイスは、光を回折させるための複数の手段を備えており、前記光回折手段は、前記光案内手段の前記頂部表面に対する垂線に対して第１の角度で光を受けるように配置されている。前記光収集デバイスは、光を転換させるための複数の手段を追加的に備えていてもよく、前記光転換手段は、前記複数の回折手段の後に配置される。様々な実施形態において、前記複数の回折手段は、前記複数の光転換手段に向かって第２の角度で光を向け直すように構成されている。様々な実施形態において、前記複数の光転換手段は、光が前記光案内手段の前記頂部及び底部表面から全内部反射により前記光案内手段内に導入されるように、前記回折手段により向け直された光を転換させるように構成されている。いくつかの実施形態において、前記光導入手段はライトガイドを備えているか、または前記複数の回折手段は複数の回折フィーチャを備えているか、または前記複数の光転換手段は複数のプリズムフィーチャを備えている。
【０００９】
様々な実施形態において、光収集デバイスの製造方法が開示されている。前記方法は、頂部及び底部表面を有するライトガイドを提供する手段を備えている。様々な実施形態において、前記ライトガイドは、前記頂部及び底部表面での複数の全内部反射によりその中に光を案内するように構成されている。前記方法は、前記ライトガイドに対して複数の回折フィーチャを提供する段階を備えている。様々な実施形態において、前記複数の回折フィーチャは、前記ライトガイドの前記頂部表面に対する垂線に対して第１の角度で光を受けるように構成されている。前記方法はさらに、前記ライトガイドに対して複数のプリズムフィーチャを提供する手段を備えている。様々な実施形態において、前記複数のプリズムフィーチャは、前記複数の回折フィーチャの後に配置されている。様々な実施形態において、前記複数のプリズムフィーチャは、前記ライトガイドの後に配置されている。様々な実施形態において、前記複数のプリズムフィーチャは、前記ライトガイドの後に配置されている。様々な実施形態において、前記複数のプリズムフィーチャは、成形加工、エンボス加工、またはエッチングによりテクスチャー今日されることができる。様々な実施形態において、前記複数の回折フィーチャは、前記ライトガイドの前に配置されることができる。いくつかの実施形態において、前記複数の回折フィーチャ前記ライトガイドの前に配置されている層内に提供されることができる。
【００１０】
ここで開示される例としての実施形態は、図示することだけを目的としている添付の概略図面に図示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは、前記ライトガイドに対して近垂直入射で入射する光を収集し、光電池に導くために構成された複数のプリズムを備えているプリズムライトガイドの側面図を図示している。
【図１Ｂ】図１Ｂは、複数のプリズムフィーチャの拡大側面図を図示している。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａで説明された実施形態の斜視図を示している。
【図１Ｄ】図１Ｄは、所定の角度で入射する光を導かない複数のプリズムフィーチャを備えているライトガイドの側面図を図示している。
【図２Ａ】図２Ａは、プリズムライトガイド、該ライトガイドの一つの端部に沿って配置された光電池に光を収集し、及び導くために構成され、複数のホログラムをさらに備えているホログラフィック層を備えている実施形態の側面図を図示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、プリズムライトガイド、該ライトガイドの一つの端部に沿って配置された二つの光電池に光を収集し、及び導くために構成され、複数のホログラムをさらに備えているホログラフィック層を備えている実施形態の側面図を図示している。
【図３】図３は、プリズムライトガイド及び複数のホログラフィック層を備えている実施形態の側面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、プリズムフィーチャ及び複数のホログラフィック層のオフセットを有して積層された複数のプリズムライトガイド層を備えている実施形態の側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、異なる形状及び複数のホログラフィック層を有したプリズムフィーチャを有する単一のプリズムライトガイド層を備えている実施形態の側面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、中心に位置された光電池とホログラフィック層とを有して、同心円状に配置されたプリズムフィーチャを有するライトガイドを備えている実施形態を図示している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、曲線のプリズムフィーチャ、ホログラフィックセル、及び一つの角に配置された光電池を有するライトガイドを備えている実施形態を図示している。
【図６】図６は、ホログラフィックフィルムの後に配置されたマイクロ構造パターンの配列を図示している。
【図７】図７は、ホログラフィック層を備えているライトガイドが、前記ライトガイドの下方の光電池に光を向けるために斜めにされている実施形態を図示している。
【図８】図８は、住宅の屋根及び窓の上に配置された光電池に光学的に結合された光収集プレート、シート、またはフィルムを示している。
【図９】図９は、光電池に光学的に結合された光収集プレート、シート、またはフィルムが自動車の屋根の上に配置されている実施形態を示している。
【図１０】図１０は、ノート型パソコンの本体に取り付けられている光電池に光学的に結合された光収集プレート、シート、またはフィルムを図示している。
【図１１】図１１は、衣類の品に取り付けられている光電池に光学的に結合された光収集プレート、シート、またはフィルムを図示している。
【図１２】図１２は、靴上の光電池に光学的に結合された光収集プレート、シート、またはフィルムを配置する例を示している。
【図１３】図１３は、光電池に光学的に結合された光収集プレート、シート、またはフィルムが航空機の羽根及び窓に取り付けられている実施形態を示している。
【図１４】図１４は、光電池に光学的に結合された光収集プレート、シート、またはフィルムが帆船に取り付けられている実施形態を示している。
【図１５】図１５は、光電池に光学的に結合された光収集プレート、シート、またはフィルムが自転車に取り付けられている実施形態を示している。
【図１６】図１６は、光電池に光学的に結合された光収集プレート、シート、またはフィルムが衛星に取り付けられている実施形態を示している。
【図１７】図１７は、曲げられるのに十分柔軟である光収集シートが光電池に光学的に結合されている実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な説明は、本発明の特定の具体的な実施形態に向けられている。しかしながら、本発明は多数の異なる方法で実施されることができる。以下の説明から明らかなように、前記実施形態は、ソースからの放射を収集、捕獲、及び集中させるために構成された如何なるデバイスにおいて実行されうる。より具体的には、ここで述べられる実施形態は、出力を住宅構造や商業構造、及び住宅地や商業地に提供すること、出力をノート型パソコン、ＰＤＡ、腕時計、計算機、携帯電話、カムコーダ、スチールカメラ及びビデオカメラ、ｍｐ３プレーヤーなどの電子機器に提供することのような応用の変化において実現され、または関連付けられてもよい。加えて、ここで述べられる実施形態は、着用可能な発電衣類、靴、及びアクセサリーに利用されることもできる。ここで述べられる実施形態のいくつかは、自動車のバッテリーまたはナビゲーション機器を充電するため、及び水をポンプでくみ上げるために利用されることもできる。ここで述べられる実施形態は同様に、航空宇宙及びサテライトの応用における利用を見出すことができる。他の利用も同様に可能である。
【００１３】
ここで述べられる様々な実施形態において、太陽光収集器及び／または集光器は光電池に結合される。前記太陽光収集器及び／または集光器は、ライトガイド、例えば、その表面に形成されたプリズム転向フィーチャを有するプレート、シート、またはフィルムを備えている。前記ライトガイド上に入射される周辺光は、プリズムフィーチャによって前記ライトガイド内部で転向され、及び全内部反射によりライトガイドを通して案内される。光電池は、前記ライトガイドの一つ以上の端部に沿って配置され、前記ライトガイドに沿って伝播する光が前記光電池内で結合される。周辺光を収集し、集光し、及び光電池に向けるために前記ライトガイドを利用することは、増大した効率及び低コストで光エネルギーを熱及び電気に変換する光電気デバイスを実現しうる。前記ライトガイドはプレート、シート、またはフィルムとして形成されうる。前記ライトガイドは、剛性な、または半剛性な材料から製造されうる。いくつかの実施形態において、前記ライトガイドは柔軟な材料で形成されうる。様々な実施形態において、前記ライトガイドは、薄膜を備えていてもよい。前記ライトガイドは、線形の形状で配列されたグルーブにより形成されるようなプリズムフィーチャを備えうる。いくつかの実施形態において、前記プリズムフィーチャは、非線形な広がりを有しうる。例えば、いくつかの実施形態において、前記プリズムフィーチャは、曲線に沿って配置されうる。一つの実施形態は、前記ライトガイド媒体を通して分散された円錐の反射性フィーチャを有する薄膜ライトガイドを備えうる。
【００１４】
周辺光を光電池に結合するために利用されるプリズムライトガイドの一つの実施形態は、図１Ａに示されている。前記光電池は、光起電セルまたは光検出器であり得る。図１Ａは、光電池１０３に従って配置されたライトガイド１０１を備えている実施形態１００の側面図を図示している。いくつかの実施形態において、前記ライトガイド１０１は、基板（図示せず）をさらに備えていてもよい。複数のプリズムフィーチャ１０２は、ライトガイド１０１内に配置されうる。前記ライトガイド１０１は、それらの間に複数の端部を含む頂部及び底部表面を備えうる。図１Ａに図示された実施形態において、前記プリズムフィーチャは前記底部表面上に配置されている。前記ライトガイド１０１上に入射した光は、前記複数のプリズムフィーチャ１０２により前記ライトガイド１０１内に向け直され、及び前記頂部及び底部表面での多重の全反射により前記ライトガイド１０１内で誘導されうる。前記ライトガイド１０１は、前記光電池が感応する一つ以上の波長の放射に対して透明である光学的な透明材料を備えうる。例えば、一つの実施形態において、前記ライトガイド１０１は、可視及び近赤外領域での波長に光学的に透明でありうる。他の実施形態において、前記ライトガイド１０１は、紫外または赤外領域での波長に透明でありうる。前記ライトガイド１０１は、前記実施形態に対して構造的な安定性を提供するためにガラス、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、またはシクロオレフィンポリマーのような剛性または半剛性な材料から形成されうる。あるいは、前記ライトガイド１０１は、柔軟性ポリマーのような柔軟な材料で形成されうる。ここで具体的に記載されたものの他の材料が同様に利用されうる。
【００１５】
前記ライトガイド１０１の前記頂部表面は、周辺光を受けるために構成されうる。前記ライトガイド１０１は、全体的に端部で囲まれることができる。一般的に、前記ライトガイドの長さ及び幅は、前記ライトガイド１０１の厚さより実質的に大きくなりうる。前記ライトガイド１０１の厚さは、０．１から１０ｍｍで変化しうる。前記ライトガイド１０１の面積は、０．０１から１００００ｃｍ２に変化しうる。これらの範囲外の寸法も同様に可能である。いくつかの実施形態において、全反射（ＴＩＲ）により前記ライトガイド内部で周辺光の大部分を誘導するために、前記ライトガイド１０１を備えている前記材料の屈折率は周囲よりも非常に高くてもよい。
【００１６】
前記ライトガイド１０１内に誘導された光は、前記ライトガイド内での吸収及び他の面からの散乱に起因する損失を受けうる。前記ライトガイド内でのこの損失を低減させるために、いくつかの実施形態において、前記ライトガイド１０１の長さは、反射の数を減少させるために数十インチに限定することができる。しかしながら、前記ライトガイド１０１の長さを限定することは、光が収集される領域を減少しうる。このように、いくつかの実施形態において、前記ライトガイド１０１の長さは、数十インチより大きく増大されうる。いくつかの実施形態において、光学被覆が散乱損失を減らすために前記ライトガイドの表面上に堆積されうる。
【００１７】
一つの実施形態において、図１Ａに示されるように、前記ライトガイド１０１は、前記ライトガイド１０１の底部表面上に配置されたプリズムフィーチャ１０２を備えている。前記プリズムフィーチャは、前記ライトガイド１０１の底部表面上に形成された細長いグルーブを備えうる。前記グルーブは、光学的に透明な材料で満たされうる。前記プリズムフィーチャ１０２は、成形加工、エンボス加工、エッチングまたは他の代替の技術によりライトガイド１０１の底部表面上に形成されうる。あるいは、前記プリズムフィーチャ１０２は、ライトガイド１０１の底部表面上にラミネートされうるフィルム上に堆積されうる。プリズムフィルムを備えているいくつかの実施形態において、光は前記プリズムフィルムの内部だけに誘導されうる。前記プリズムフィーチャ１０２は、様々な形状を備えうる。例えば、前記プリズムフィーチャ１０２は、線形のｖ型グループでありうる。あるいは、前記プリズムフィーチャ１０２は、曲線のグルーブまたは非線形形状を備えうる。他の構成も同様に可能である。
【００１８】
図１Ｂは、線形のｖ型グルーブ１１６の形態のプリズムフィーチャ１０２の拡大図を示している。前記ｖ型グルーブ１１６は、図１Ｂで示したように、互いに角度分離αを有して配置された二つの平坦面Ｆ１及びＦ２を備えている。前記面の間の角度分離αは、１５度から１２０度に変化しうる。いくつかの実施形態において、前記面Ｆ１及びＦ２は、等しい長さでありうる。いくつかの他の実施形態において、前記面の一方の長さは他方より大きくてもよい。前記二つの連続するｖ型グルーブの距離「ａ」は５μｍから５００μｍの間で変化しうる。「ｂ」で示された前記ｖ型グルーブの幅は、０．００１ｍｍから０．１００ｍｍの間で変化しうると同時に、「ｄ」で示されたｖ型グルーブの深さは０．００１から０．５ｍｍの間で変化しうる。これらの範囲外の寸法も同様に利用されうる。
【００１９】
図１Ｃは、図１Ａで説明された実施形態の透視図を示している。図１Ｃで説明される実施形態は、前記ライトガイド１０１の底部表面に沿って配置された線形のｖ型グルーブの行を備えている。
【００２０】
図１Ａ及び１Ｃを参照すると、光電池１０３は、前記ライトガイド１０１に対して側面に沿って配置されている。前記光電池は、前記プリズムフィーチャ１０２により前記ライトガイド１０１を通して誘導された光を受けるために構成されている。前記光電池１０３は、単層のまたは多層ｐｎ接合を備えており、及びシリコン、アモルファスシリコン、またはテルル化カドミウムのような他の半導体材料で形成されうる。いくつかの実施形態において、光電気化学電池に基づく光電池１０３は、ポリマーまたはナノ技術が利用されうる。光電池１０３は、薄い多重スペクトル層を同様に備えうる。前記多重スペクトル層はさらにポリマー内に分散されたナノ結晶を備えている。いくつかの多重スペクトル層は前記光電池１０３の効率を増大させるために積層されうる。図１Ａ及び１Ｃは、前記光電池１０３が前記ライトガイド１０１の一つの端部に沿って配置されている実施形態（例えば、前記ライトガイド１０１の左側）を示している。しかしながら、別の光電池が同様に前記ライトガイド１０１の他のエッジに配置されうる（例えば、前記ライトガイドの右側）。光電池の他の種類及び前記ライトガイド１０１に関して光電池の位置付けの他の構成が同様に可能である。
【００２１】
収集され及びプリズムライトガイドを通して誘導される光の量は、一般的に、前記プリズムフィーチャの形状、種類、及び密度に依存しうる。いくつかの実施形態において、収集される光の量は同様に、前記ライトガイドの開口数を決定する前記ライトガイド材料の屈折率に依存しうる。いくつかの実施形態において、前記プリズムフィーチャの形状は、所定の角のある錐体の中に入射の角度がある光線だけが、前記プリズムフィーチャにより、前記ライトガイドの誘導モードへ転向され、同時に角のある錐体の外にある前記これらの光線は、前記ライトガイドの外に伝送され、または反射される。例えば、図１Ａにおいて、前記プリズムフィーチャ１０２の形状は、入射の角度が半角βを有する鋭角の円錐１０６の内部にある光の線が前記プリズムフィーチャ１０２により方向を変えられ、及び前記ライトガイド１０１の頂面及び底面から多数の反射により前記ライトガイド１０１内に誘導されるようにある。
【００２２】
入射の角度が前記円錐１０６の外にある光線は、前記ライトガイド１０１を通して伝送されうる。例えば、図１Ｄにおいて、光線１０８は、光線１０８が前記円錐１０６の外側にあるように、角度θ２で前記ライトガイド１０１の頂部表面上に入射している。光線１０８は、プリズムフィーチャ１０２のない底部表面、及びその後前記ライトガイド１０１を通して伝送される前記ライトガイド１０１の底部表面の一部に当たるように、前記ライトガイド１０１内で屈折されうる。いくつかの実施形態において、前記鋭角な円錐の受け入れは小さくてもよい。いくつかの実施形態において、前記半角βはおおよそ１０度でありうる。
【００２３】
前記ライトガイド上に入射し、前記ライトガイド内部に誘導される光線の角度範囲を増大させるために、プリズムライトガイドの前に角度転向層を配置することは有利的であり、これは、入射角度が許容できる角錐の外に位置する光線を転向させ、許容できる角錐の内部に位置する入射角で前記プリズムライトガイド上に入射させるようにする。この概念は、図２Ａに関連して以下でさらに議論される。
【００２４】
図２Ａは、プリズムライトガイド２０１を備えている実施形態２０００を図示している。プリズムフィーチャ２０２は、前記プリズムライトガイド２０１の後に配置されている。前記実施形態は、ライトガイド２０１の前に配置された角度転向層２０９をさらに備えている。いくつかの実施形態において、前記角度転向層２０９は、ホログラフィック層を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、前記角度転向層２０９は、体積フィーチャ（すなわち体積ホログラム）を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、前記角度転向層２０９は、表面レリーフフィーチャ（例えば、表面ホログラムまたは表面回折光学要素などを形成する表面レリーフ回折フィーチャ）を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、前記角度転向層は、体積フィーチャ及び表面レリーフ回折フィーチャを備えていてもよい。いくつかの実施形態において、前記プリズムライトガイド２０１及び前記角度転向層２０９は、共にラミネートされてもよい。前記角度転向層２０９は、接着層２０７で前記プリズムライトガイド２０１に結合されてもよい。いくつかの実施形態において、前記接着層２０７は、感圧接着剤（ＰＳＡ）を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、前記接着層２０７の屈折率は前記プリズムライトガイド２０１を備えている材料の屈折率より低い。例えば、ひとつの実施形態において、前記接着層２０７の屈折率は、１．４７であると同時に、前記プリズムライトガイドは、おおよそ１．５９の屈折率を有するポリカーボネートのような高屈折率材料を備えていてもよい。
【００２５】
前記ライトガイド材料よりも低い屈折率を有するＰＳＡ層を備えている前記実施形態において、光は前記光転向層と相互作用し、及びその後前記導波路界面での複数の全反射により前記導波路内に誘導され、及びそのようにして前記ライトガイド備えている内部に捕らえられる。光は入射のときに一度だけ前記光転向層と相互作用し、及びそれからは前記光が自由空間に散乱、吸収、または回折されうる前記光転向層と相互作用しない。それ故、前記ライトガイド材料より低い屈折率を有するＰＳＡ層を備えている実施形態は、前記ライトガイド材料より低い屈折率を有するＰＳＡ層のない実施形態と比較して、低い損失を有しうる。
【００２６】
図２Ａで示されているような、前記実施形態２０００の上部表面上にそれぞれ角度θ１及びθ２で入射する二つの光線２１０及び２１１を考慮する。前記光線２１１の入射角は、図１Ｄを参照すると、入射光線１０８の角度に等しい。前記角度転向層２０９は、光線２１０及び２１１の方向を転向させ、それらは前記プリズムライトガイド２０１の許容できる錐体２０６ａ及び２０６ｂ内で、前記プリズムライトガイド２０１上に入射する。このように、前記プリズムライトガイド２０１の前に角度転向層を配置することにより、これがなければ誘導されない光線が、前記プリズムライトガイド２０１の誘導モードに転向されうる。
【００２７】
前記角度転向層２０９は、入射光を第１の角度から第２の角度に変化させるように構成された第１組の体積、表面レリーフフィーチャ、またはそれらの組み合わせを備えていてもよい。様々な実施形態において、前記第２の角度は、前記第１の角度よりも垂直になることができる。前記角度転向層２０９は、入射光を第３の角度から第４の角度に変化させるために構成された第２組の体積、表面レリーフフィーチャ、またはそれらの組み合わせを備えていてもよい。前記第１及び第２組の回折フィーチャが、単一の角度転向層２０９内に含まれるか、または複数の角度転向層上に含まれうる。例えば、図２Ｂにおいて、前記角度転向層２０９は、第１組の回折フィーチャを備えており、角度γ１で前記実施形態２０１０上に入射する光線２１２が前記角度転向層２０９によって変化されるようになり、光線２１２は、近垂直入射で前記プリズムライトガイド２０１上に入射し、及びその後前記ライトガイド２０１内に誘導される。前記誘導された２１２は、前記ライトガイド２０１の端部を直撃した後、前記ライトガイド２０１を出て、及び光電池２０３ａに光学的に結合されうる。レンズまたは光パイプが、前記ライトガイド２０１から前記光電池２０３ａに光を光学的に結合させるために利用されてもよい。一つの実施形態において、例えば、前記ライトガイド２０１は、前記光電池２０３ａに近い端部に関してプリズムフィーチャ２０２を欠いてもよい。プリズムフィーチャのない前記ライトガイド２０１の部分は、ライトパイプとしての役割を果たす。
【００２８】
図２Ｂに示される前記実施形態２０１０はさらに、第２組の回折フィーチャを備えており、前記実施形態２０１０上に角度γ２で入射する光線２１３は、前記角度転向層２０９により転向されるようになり、光線２１３は、近垂直入射でプリズムライトガイド２０１上に入射し、及びその後前記ライトガイド２０１内に誘導され、及び光電池２０３ｂ内に結合される。
【００２９】
図３に図示された前記実施形態３０００は、プリズムフィーチャ３０２を備えているプリズムライトガイド３０１の前に配置された二つの角度転向層３０９及び３１１を備えている。前記第１の角度転向層３０９は、第１組の回折フィーチャを備えており、角度θ１で前記実施形態３０００上に入射する光線３０４は前記角度転向層３０９により転向され、光線３０４は近垂直入射で前記プリズムライトガイド３０１上に入射し、及びその後前記ライトガイド３０１内で誘導され、光電池３０３に向けられる。光線３０４は、転向または回折されることなく第２の角度転向層３１１を通して伝送される。
【００３０】
前記第２の角度転向層３１１は第２組の回折フィーチャを備えており、角度θ２で前記実施形態３０００上に入射する光線３０５が前記角度転向層３１１により転向されるようになり、光線３０５は、近垂直入射でプリズムライトガイド３０１上に入射し、及びその後ライトガイド３０１内で誘導され、及び光電池３０３に向けられる。光線３０５は、前記第２の角度転向層３１１により変化または回折された後、転向または回折されることなく前記第１の角度転向層３０９を通して伝送される。角度転向層３０９及び３１１は、接着層３０７により前記ライトガイド３０１に接合されうる。
【００３１】
図４Ａは、光電池４０３の端部に関して横方向に配置された二つのプリズムライトガイド４０１ａ及び４０１ｂを備えている実施形態４０００を示している。ライトガイド４０１ａは、相対的に狭いプリズムフィーチャ４０２ａをさらに備えており、及びライトガイド４０１ｂは、相対的に広い角のあるファセット４０２ｂをさらに備えている。前記プリズムフィーチャ４０２ａ及び４０２ｂは互いに相補することができる。この方法で前記プリズムフィーチャ４０２ａ及び４０２ｂを相補させることは、前記フィーチャの間の空間を減少させ、及び前記プリズムフィーチャの密度を増大させる。前記フィーチャを相補させることは、前記光電池４０３に光学的に結合される光の量を増大させ、その結果前記光電池４０３の電気出力を増大させうる。前記ライトガイド４０１ａ及び４０１ｂは薄くなることもできるので、この方法で複数のライトガイド層を積層すること、及び前記ＰＶ電池４０３に結合される光の量を増大させることが可能である。共に積層される層の数は、各層の大きさ及び／または厚さ、及び各層の界面での散乱損失に依存している。いくつかの実施形態において、少なくとも１０のライトガイド層が共に積層される。いくつかの実施形態において、多少の層が用いられうる。角度転向層４０９及び４１１は、接着層４０７により前記ライトガイド層に結合されうる。
【００３２】
角度θ２で実施形態４０００上に入射する光線４０５は、前記角度転向層４１１により転向され、光線４０５は角度γ２で前記プリズムライトガイド４０１上に入射するようになり、その後前記プリズムライトガイド４０１ａ内に誘導され、及び光電池４０３内に結合される。角度θ１で前記実施形態４０００上に入射する光線４０４は、前記角度転向層４０９により変化され、光線４０４は、角度γ１で前記プリズムライトガイド４０１ｂ上に入射するようになり、及びその後前記プリズムライトガイド４０１ｂ内部に誘導され、前記光電池４０３内で結合される。この設計の一つの可能な利点は、前記薄膜を機械的に回転させることなく、広範な角度で実効的に光が制御されうることである。図４Ｂは、同一のライトガイド４０１ａ上に狭い及び広い角度のついたファセットの両方を備えている、代わりの実施形態４０１０を図示している。
【００３３】
一つの例において、図４Ａ及び４Ｂにおいて図示された実施形態の前記角度転向層４０９及び４１１は、複数の回折フィーチャを備えることができ、太陽からの光が効果的に転向され、及び一日の間に複数回で、及び一年に異なる回数で前記プリズムライトガイド内に誘導されるようになる。複数の角度で入射する光線を転向させ、これによりこれらの光線が、プリズムライトガイドプレート、シートまたはフィルム内に誘導されることができ、光電池に向けられるようになるための角度転向層を用いることの利点は、所望の電気出力を達成するためにより少ない数の光電池が必要とされてもよいことである。このように、この技術は、光電池のエネルギー生成のコストを減少させうる。
【００３４】
図５Ａは複数の角度アプローチを用いる実施形態を示している。一つの実施形態において、前記プリズムフィーチャの細長いファセットまたはｖグルーブは非線形の広がりを有している。図５Ａにおいて図示された特定の実施形態は、光学的に透明な材料から形成されたライトガイドプレート、シートまたはフィルム５０１を備えている。グルーブは、ライトガイドプレート５０１の表面上の同心円に沿って配置されている。いくつかの実施形態において、前記グルーブは、楕円形経路に沿って配置されうる。他の曲線をなす構成が同様に可能である。これらのグルーブは、断面５０２により図示されたようなｖ型のグルーブであってよい。非線形（例えば同心）であるＶグルーブは、線形ｖグルーブと類似の製造方法を用いて製造されることができる。角度転向層５０９は、前記ライトガイドプレート５０１にわたって配置され、異なる方位角を有する光線５１０、５１１、及び５１２は前記角度転向層により転向され、及びその後前記ｖグルーブにより光電池５０３に向かって転向される。いくつかの実施形態において、前記光電池は、同心パターンの中心に配置されうる。いくつかの実施形態において、前記光電池は、前記同心パターンの中心から離れて配置されてもよい。
【００３５】
図５Ｂに図示された別の実施形態において、光電池５０３は、ライトガイドプレート、シート、またはフィルム５０１の一つの角に位置されうる。前記ライトガイドプレート、シート、またはフィルムは、長方形、正方形または他の形状を有しうる。グルーブは、曲線５１４にそって前記ライトガイドプレート、シートまたはフィルム上に形成されうる。前記曲線５１４の中心は、前記ライトガイドプレート、シート、またはフィルム５０１の中心に一致していなくてもよい。前記曲線５１４の中心は、他の角よりも前記光電池５０３を有する角に近くてよい。前記グルーブは、凹型であってもよく、前記光電池５０３に面していてもよい。角度転向層５０９は、前記ライトガイドプレート、シート、またはフィルムの前に配置されてもよく、周辺光が前記曲線のグルーブ５１４に向けられ、及びその後転向され、前記光電池５０３内で結合される。曲線をなすプリズムフィーチャまたはグルーブを有するそのような設計は、線形プリズムフィルムの一つの端部に沿って配置された光電池を備えている設計よりも光収集においてより効果的であり、より小さな光電池の利用を可能にし得る。
【００３６】
いくつかの実施形態において、前記ライトガイドの長さは、反射に起因する損失を減少させるために数十インチに限定されうる。しかしながら、前記ライトガイドの長さを制限することは光が収集される面積を減少させうる。いくつかの応用において、大面積にわたって光を収集することは利点となり得る。大面積にわたって光を収集する一つのアプローチは、図６に示されるミクロ構造のマトリクスパターンとすることができる。図６で示された実施形態は、マトリクスパターンに配置された複数の要素６０１を図示している。前記マトリクスパターンは、複数の行及び列を備えていてもよい。行の数は、列の数に等しくすることができる。二つの行における前記要素の数は、異なっていてもよい。同様に、二つの列における要素の数も異なっていてもよい。いくつかの実施形態において、前記マトリクスパターンは不規則であってもよい。前記マトリクス内の要素は、そこに形成される複数のｖグルーブパターンのライトガイドプレート、シート、またはフィルムを備えている。ｖグルーブ以外の他のグルーブパターンも同様に利用されることができる。前記マトリクス内の要素は、同様のまたは異なるマイクロ構造パターンを含みうる。例えば、異なる要素における前記マイクロ構造パターンはサイズ、形状、配向及び種類において変化しうる。このようにして、前記マトリクス内の異なる要素は、異なる角度で周囲の光（例えば太陽光）を収集しうる。光電池は、前記マトリクスの周囲内部（例えば隣接するライトガイドの間）に、及び前記マトリクスの周囲に沿って分布されてもよい。角度転向層６０９は、前記マトリクスパターンの前に配置されてもよい。前記角度転向層６０９の異なる領域は、異なる体積または表面レリーフフィーチャを備えていてもよい。いくつかの実施形態において、前記角度転向層６０９は単一のプレート、シートまたはフィルムを備えていてもよい。他の実施形態において、前記角度転向層は、前記マトリクスの各要素にわたって配置された複数のプレート、シート、またはフィルムを備えていてもよい。上で開示された方法は、例えば住宅及び商用ビルの屋根に固定されることのできる複数の光電池に結合される大きな光収光体の大きなパネルを製造するのに有利となりうる。
【００３７】
図２Ａで図示された実施形態において、前記光電池は、前記ライトガイドプレート、シート、またはフィルム２０１の端部に対して接合される。代わりに、いくつかの実施形態において、光が図７において示されたような光電池に向かって前記ライトガイドプレート、シート、またはフィルムの外へ（例えば、前記ライトガイドの底部または頂部）転向されるように、前記ライトプレート、シートまたはフィルムにその端部で傾斜を付けることは有利的となりうる。図７Ａはプリズムフィーチャ７０２を備えている傾斜のライトガイドを有する実施形態を図示している。図７において示された前記実施形態の斜視図は、上部表面Ｓ１及び下部表面Ｓ２を有するライトガイドを示している。前記上部及び下部表面Ｓ１及びＳ２は、端部表面Ｅ１により左で結合され、及び端部表面Ｅ２により右で結合される。前記端部表面Ｅ１及びＥ２は、前記上部及び下部表面Ｓ１及びＳ２に対して傾いている。前記上部及び下部表面Ｓ１及びＳ２に対する前記端部表面Ｅ１及びＥ２の傾斜の角度は、９０度に等しくなくすることができる。図７において示された前記実施形態は、回折フィーチャを備えている角度転向層７０９をさらに備えて得る。前記角度転向層７０９の上部表面に入射する光線は前記ライトガイド７０１に向かって転向及び指向され、前記プリズムフィーチャ７０２により前記ライトガイド７０１内に転向され、及び前記上部及び下部表面Ｓ１及びＳ２から全反射により前記傾斜のライトガイドに沿って誘導されるようになる。前記傾いた端部Ｅ１を直撃しつつ、前記誘導された光線は、前記ライトガイドプレートまたはフィルム７０１の後方に配置された光電池７０３に向かって前記底部表面Ｓ２の垂線に近接して、前記ライトガイドの外に指向され得る。前記ライトガイドプレート、シート、またはフィルム７０１の端部に傾斜を付けることは、前記光電池７０３と前記ライトガイドプレート、シートまたはフィルム７０１との間の調節を単純化させ得る。
【００３８】
図６で説明された実施形態に類似のマトリクスパターンにプリズムフィーチャを備えている複数の傾斜したライトガイドを配置することが考えられる。そのような実施形態における光電池は、例えば前記マトリクスパターンの下に配置されうる。前記マトリクスパターンの上部表面に入射する周辺光は、例えば前記マトリクスパターンの後に配置された前記光電池に向かって前記ライトガイドの傾斜した端部により指向される。
【００３９】
いくつかの実施形態において、細長いグルーブの代わりに前記ライトガイドプレート、シート、またはフィルムの表面上に円錐キャビティが形成されうる。前記円錐キャビティはランダムに、または整列して前記ライトガイドプレート、シートまたはフィルムにわたって分布されうる。前記円錐キャビティは、円形または楕円形の断面または他の形状を有しうる。前記円錐キャビティは複数の方向に光を受け入れることができ、及び三次元構造に起因して複数の方向に沿って光を変えられる。
【００４０】
光電池に光を収集、集光、及び指向するためのプリズムフィーチャ及び角度転向層を備えている光収集プレート、シート、またはフィルムを用いる方法は、増大された効率を有し、高価でなく、薄く、及び軽い太陽電池を実現するために利用されることができる。光電池に結合された光収集プレート、シート、またはフィルムを備えている太陽電池は、太陽電池のパネルを形成するために配列されうる。そのような太陽電池のパネルは、応用の種類で利用されることができる。例えば、光電池に光学的に結合された複数の光収集プレート、シート、またはフィルムを備えている太陽電池８０４のパネルは、家または企業に追加の電気出力を提供するために住宅または商業ビルの屋上に実装され、または図８に図示されたようなドアまたは窓に配置されうる。前記光収集プレート、シート、またはフィルムは、透明または半透明のプレート、シート、またはフィルムで形成されうる。前記光収集シートが窓に配置される場合、前記窓を通して見えるように、透明であり、場合によりまぶしさを減少させうる。前記プリズム光収集プレート、シートまたはフィルムは、美学的な目的のためにカラー化（例えば赤、または茶色）されてもよい。いくつかの実施形態において、前記光収集シートは光を遮断するために色合い付けまたはカラー化されうる。前記光収集プレート、シート、またはフィルムは、剛性または柔軟性であってよい。いくつかの実施形態において、前記光収集プレート、シート、またはフィルムは、曲げられるように十分に柔軟であってもよい。他の実施形態において、前記プリズムシートは、紫外線を除去する波長フィルター特性を有しうる。
【００４１】
他の応用において、光収集プレート、シート、またはフィルムは、電気出力を提供するために図９及び図１０においてそれぞれ示されたような車及びノート型パソコン上に実装されうる。図９において、前記光収集プレート、シート、またはフィルム９０４は自動車の屋根に実装される。光電池９０８は、前記光収集器９０４の端部に沿って配置されることができる。前記光電池９０８により生成された電気出力は、例えば、ガス、電気または両方により出力された車のバッテリーを再充電、または同様に電気的要素を作動するために利用されることができる。図１０において、前記光収集プレート、シート、またはフィルム１００４は、ノート型パソコンの本体（例えば、外部ケース）に取り付けられうる。これは、電気接続がない場合、前記ノート型パソコンに電気出力を提供することにおいて有利である。光電池に光学的に結合された前記ライトガイド収集器は同様に、前記ノート型パソコンのバッテリーを再充電するために利用されうる。
【００４２】
代わりの実施形態において、光電池に光学的に結合された前記光収集プレート、シート、またはフィルムは、衣類または靴の品物に取り付けられうる。例えば図１１は、ジャケットまたはベストの下部周辺に配置された光電池１１０８に光学的に結合された前記光収集プレート、シート、またはフィルム１１０４を備えているジャケットまたはベストを図示している。代わりの実施形態において、前記光電池１１０８は、ジャケットまたはベストのどこでも配置されうる。前記光収集プレート、シート、またはフィルム１１０４は、周辺光を前記光電池１１０８に収集、集光、及び指向しうる。前記光電池１１０８により生成された電気は、ＰＤＡ、ｍｐ３プレーヤー、携帯電話などのようなハンドヘルドデバイスに電力を供給するために利用されうる。前記光電池１１０８により生成された電気は、暗闇において航空会社のグラウンド・クルー、警察官、消防士、及び緊急作業員の可視性を増大させるために、彼らが着たベスト及びジャケットを発光させるために利用されうる。図１２において図示された別の実施形態において、前記光収集プレート、シート、またはフィルム１２０４は靴上に配置されうる。光電池１２０８は、前記光収集プレート、シート、またはフィルム１２０４の端部に沿って配置されうる。
【００４３】
光電池に結合されたプリズム光収集プレート、シート、またはフィルムを備えている太陽電池のパネルは、航空機、トラック、電車、バイク、ボート、及び宇宙船上に実装されうる。例えば、図１３に示されたように、光収集プレート、シート、またはフィルム１３０４は、航空機の羽根または航空機のウインドウパネルに取り付けられうる。光電池１３０８は、図１３に図示されたような前記光収集プレート、シート、またはフィルムの端部に沿って配置されうる。生成された電気は、航空機の各部に出力を提供するために利用されうる。図１４は、ボートにおけるナビゲーション機器または装置、例えば、冷蔵庫、テレビ、及び他の電気機器に電力を供給するために光電池に結合された光収集器の利用を図示している。前記光収集プレート、シートまたはフィルム１４０４は、帆船の帆、または前記ボートの本体に取り付けられうる。ＰＶ電池１４０８は、前記光収集プレート、シート、またはフィルム１４０４の端部に配置される。代わりの実施形態において、前記光収集プレート、シート、またはフィルム１４０４は、前記ボートの本体、例えば船室、船体、デッキに取り付けられうる。光収集プレート、シート、またはフィルム１５０４は図１５に図示されたようなバイクに実装されうる。図１６はさらに、情報、天気及び他の種類の衛星に電力を供給するために、光電池１６０８に光学的に結合された前記光収集プレート、シート、またはフィルム１６０４の他の応用を図示している。
【００４４】
図１７は、丸められるほど十分に柔軟な光収集シート１７０４を図示している。前記光収集シートは、光電池１７０８に光学的に結合されている。図１７において説明された実施形態は戸外に、及び電気接続が薄い離れた位置において電気出力を生み出すために、丸められ、及びキャンプまたはバックパック旅行で実行される。加えて、光電池に光学的に結合されている前記光収集プレート、シートまたはフィルムは、電力を提供するために幅広い構造及び製品に取り付けられうる。
【００４５】
光電池に光学的に結合された前記光収集プレート、シート、またはフィルムは、モジュール式である追加の利点を有しうる。例えば、前記設計に依存して、前記光電池は、前記光収集プレート、シートまたはフィルムから選択的に取り付け可能であり、及び取り外し可能であるように構成されうる。このように、光電池を取り替えるためのこの利点は、実質的にメンテナンス及びアップグレードのコストを減少させうる。
【００４６】
幅広い種類の他の変化が同様に可能である。フィルム、層、成分、及び／または要素が加えられ、除かれ、または再配置されうる。加えて、処理段階が加えられ、除かれ、または追加されうる。同様に、ターム薄膜及び層がここで使われるが、ここで使われるこのようなタームは、薄膜積層及びマルチレイヤーを含んでいる。そのような薄膜積層及びマルチレイヤーは、接着剤を用いて他の構造に接着されてもよく、堆積または他の方法を用いて他の構造上に形成されうる。
【００４７】
上で説明された例は単に例示的なものであり、及び当業者は、ここで開示された発明の精神から逸脱することなく上で述べた実施例の多数の利用、上で述べた実施例からの離脱をなすことができる。これらの例への様々な修正は、当業者に容易に明らかであり、及びここで定義された包括的な原理が、ここで述べられた新規な態様の精神または範囲から離脱することなく、他の例に適用されうる。このようにして、開示の範囲は、ここで示された例に限定されることを目的とせず、ここで述べられた原理及び新規な特徴と一致する幅広い範囲に調和されることを目的とする。「例示的な」との言葉は、「例、事例、または図示として働くこと」を意味するために、ここでは排他的に用いられる。ここで述べられた如何なる例は、他の例にわたって好ましくまたは有利的となるように構成される必要はない。
【符号の説明】
【００４８】
１００  実施形態
１０１  ライトガイド
１０２  プリズムフィーチャ
１０３  光電池
１０６  円錐
１０８  光線
１１６  ｖ型グルーブ
２０１  プリズムライトガイド
２０２  プリズムフィーチャ
２０３  光電池
２０３ａ  光電池
２０３ｂ  光電池
２０６ａ  錐体
２０７  接着層
２０９  角度転向層
２１０  光線
２１１  光線
２１２  光線
２１３  光線
３０１  プリズムライトガイド
３０２  プリズムフィーチャ
３０３  光電池
３０４  光線
３０５  光線
３０７  接着層
３０９  角度転向層
３１１  角度転向層
４０１  プリズムライトガイド
４０１ａ  プリズムライトガイド
４０１ｂ  プリズムライトガイド
４０２ａ  プリズムフィーチャ
４０２ｂ  ファセット
４０３  光電池
４０４  光線
４０５  光線
４０７  接着層
４０９  角度転向層
４１１  角度転向層
５０１  ライトガイドプレート
５０２  断面
５０３  光電池
５０９  角度転向層
５１０  光線
５１２  光線
５１４  グルーブ
６０１  各要素
６０９  角度転向層
７０１  ライトガイドフィルム
７０２  プリズムフィーチャ
７０３  光電池
７０９  角度転向層
８０４  太陽電池
９０４  光収集器
９０８  光電池
１００４  光収集プレート、シート、またはフィルム
１１０４  光収集プレート、シート、またはフィルム
１１０８  光電池
１２０４  光収集プレート、シート、またはフィルム
１２０８  光電池
１３０４  光収集プレート、シート、またはフィルム
１３０８  光電池
１４０４  光収集プレート、シート、またはフィルム
１４０８  ＰＶ電池
１５０４  光収集プレート、シート、またはフィルム
１６０４  光収集プレート、シート、またはフィルム
１６０８  光電池
１７０４  光収集シート
１７０８  光電池
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2012503221.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
2012503221.tif 000006
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2012503221.tif 000012
【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012503221.tif 000016
【図９】
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【図１０】
2012503221.tif 000018
【図１１】
2012503221.tif 000019
【図１２】
2012503221.tif 000020
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年5月17日(2011.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光デバイスであって、
頂部及び底部表面を有するライトガイドであって、前記ライトガイドは前記頂部及び底部表面での複数の全反射により光をその中に誘導しているライトガイドと、
前記ライトガイドの前記頂部表面の垂線に対して第１の角度で光を受けるように配置された複数の回折フィーチャと、
前記複数の回折フィーチャの後方に配置された複数のプリズムフィーチャと、
を備えており、
前記回折フィーチャは、前記複数のプリズムフィーチャに向かって前記光を第２の角度で向け直すために構成されており、
前記第２の角度は、前記第１の角度よりも垂直であり、
前記複数のプリズムフィーチャは、光が前記ライトガイドの前記頂部及び底部表面からの全反射により前記ライトガイド内に誘導されるように、前記回折フィーチャにより向け直された光を転向させるために構成されている集光デバイス。
【請求項２】
前記ライトガイドは、プレート、シート、またはフィルムを備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項３】
前記複数の回折フィーチャは、体積フィーチャを備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項４】
前記複数の回折フィーチャは、表面レリーフフィーチャをさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項５】
前記複数の回折フィーチャを備えているホログラフィック層をさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項６】
第１組の複数の回折フィーチャを備えている第１のホログラフィック層と、第２組の複数の回折フィーチャを備えている第２のホログラフィック層とをさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項７】
前記第１の角度は、前記ライトガイドの表面に対する垂線からおおよそ１０度及び９０度の間である請求項１の集光デバイス。
【請求項８】
前記第２の角度は、前記ライトガイドの表面に対しておおよそ垂直である請求項１の集光デバイス。
【請求項９】
前記複数の回折フィーチャは、前記ライトガイドの頂部表面上に形成されている請求項１の集光デバイス。
【請求項１０】
前記複数のプリズムフィーチャは、細長いグルーブを備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項１１】
前記複数のプリズムフィーチャは、互いに角度付けされた平面のファセットを備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項１２】
プリズムフィーチャは、ピットをさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項１３】
前記複数のプリズムフィーチャは、前記ライトガイドの前記底部表面上に形成されている請求項１の集光デバイス。
【請求項１４】
前記複数のプリズムフィーチャは、一つ以上のプリズムフィルム内に含まれている請求項１の集光デバイス。
【請求項１５】
前記一つ以上のプリズムフィルムは、前記ライトガイドの後方に配置されている請求項１４の集光デバイス。
【請求項１６】
第１組のプリズムフィーチャを備えている第１のプリズムフィルムと、第２組のプリズムフィーチャを備えている第２のプリズムフィルムとをさらに備えている請求項１４に記載の集光デバイスであって、
前記第１のプリズムフィルムにおける少なくともいくつかの前記第１組のプリズムフィーチャは、前記第２のプリズムフィルムにおけるいくつかの第２組のプリズムフィーチャに対して横方向に相補している集光デバイス。
【請求項１７】
前記第１のプリズムフィルムにおける少なくともいくつかの前記第１組のプリズムフィーチャは、前記第２のプリズムフィルムにおけるいくつかの第２組のプリズムフィーチャと異なって成形されている請求項１６の集光デバイス。
【請求項１８】
前記複数のプリズムフィーチャは、複数の平行な線形経路に沿ってのびている請求項１の集光デバイス。
【請求項１９】
前記プリズムフィーチャは、複数の同心の円形の曲線経路に沿ってのびている請求項１の集光デバイス。
【請求項２０】
前記複数のプリズムフィーチャは、複数の楕円形の曲線経路に沿ってのびている請求項１の集光デバイス。
【請求項２１】
前記複数のプリズムフィーチャはさらに、
第１組のプリズムフィーチャを備えている第１のセクションと、
第２組のプリズムフィーチャを備えている第２のセクションと、
を備えており、
前記第１及び第２セクションは、互いに横方向に配置されており、及び前記第１組のプリズムフィーチャは、前記第２組のプリズムフィーチャと異なる形状または方位を有している請求項１の集光デバイス。
【請求項２２】
一つ以上の接着層をさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項２３】
前記接着層は、圧感接着剤を備えている請求項２２の集光デバイス。
【請求項２４】
前記接着層の屈折率は、前記ライトガイド材料の屈折率より低い請求項２２の集光デバイス。
【請求項２５】
前記接着層は、前記ライトガイド内の閉じ込めを増大させるためにクラッド層として構成されている請求項２４の集光デバイス。
【請求項２６】
前記ライトガイド内に誘導された光を受けるために構成された第１の光電池をさらに備えている請求項１の集光デバイス。
【請求項２７】
前記ライトガイドは、傾いた表面を含み、及び前記第１の光電池は、そこから反射された光を受けるために前記傾いた表面に関して配置されている請求項２６の集光デバイス。
【請求項２８】
前記第１の光電池は、前記第１のライトガイドの下に配置されている請求項２７の集光デバイス。
【請求項２９】
前記ライトガイド内に誘導された光を受けるために構成された第２の光電池をさらに備えている請求項２６の集光デバイス。
【請求項３０】
集光デバイスであって、
光を誘導するための手段であって、前記光誘導手段は頂部及び底部表面を有しており、前記光誘導手段は、前記頂部及び底部表面で複数の全反射によりその中に光を誘導するために構成されている光誘導手段と、
光を回折させるための複数の手段であって、前記光回折手段は前記光誘導手段の前記頂部表面に対する垂線に対して第１の角度で光を受けるように配置されている光回折手段と、
光を転換するための複数の手段であって、前記複数の回折手段の後方に配置されている光転換手段と、
を備えており、
前記複数の回折手段は、前記複数の光転換手段の方向に第２の角度で前記光を向け直すように構成されており、
前記第２の角度は前記第１の角度より垂直であり、
前記光が前記光誘導手段の前記頂部及び底部表面から全反射により前記光誘導手段内に誘導されるように、前記複数の光転換手段が前記回折手段により向け直された光を転換するように構成されている集光デバイス。
【請求項３１】
前記光誘導手段はライトガイドを備えており、または前記複数の回折手段は複数の回折手段を備えており、前記複数の光転換手段は複数のプリズムフィーチャを備えている請求項３０の集光デバイス。
【請求項３２】
集光デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
頂部及び底部表面を有するライトガイドを提供する段階であって、前記ライトガイドは前記頂部及び底部表面で複数の全反射によりその中に光を誘導するように構成されている段階と、
複数の回折フィーチャを提供する段階であって、前記複数の回折フィーチャは、前記ライトガイドの前記頂部表面に対する垂線に対して第１の角度で光を受けるように構成されている段階と、
複数のプリズムフィーチャを提供する段階であって、前記複数のプリズムフィーチャは前記複数の回折フィーチャの後方に配置されている段階と、
を備えており、
前記複数の回折フィーチャは前記複数のプリズムフィーチャに向かって第２の角度で前記光を向け直すように構成されており、
前記第２の角度が前記第１の角度より垂直であり、
前記光が前記ライトガイドの前記頂部及び底部表面からの全反射により前記ライトガイド内に誘導されるように、前記複数のプリズムフィーチャが前記回折フィーチャにより向け直された前記光を転換させるように構成されている方法。
【請求項３３】
前記複数のプリズムフィーチャは、前記ライトガイドの後方に配置されている請求項３２の方法。
【請求項３４】
前記複数のプリズムフィーチャは、エンボス加工により提供される請求項３２の方法。
【請求項３５】
前記複数の回折フィーチャは、前記ライトガイドの前方に配置されている請求項３２の方法。
【国際調査報告】
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2012503221.tif 000028
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