CN102132086A - 具有棱镜光转向特征的光收集装置 - Google Patents

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卡斯拉·哈泽尼
马尼什·科塔里
徐刚
约恩·比塔
K·S·纳拉亚南
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Abstract

一种光收集装置，其包括光导主体(180)和多个间隔开的缝隙(100)。所述缝隙(100)由所述光导主体(180)中的底切形成。所述缝隙(100)的侧面形成小面，所述小面使撞击所述小面(100)的光重定向。在一些实施例中，所述光收集主体(180)附接到光伏电池(200)。撞击所述光收集主体的光通过所述缝隙(100)而朝向所述光伏电池(200)重定向。所述光伏电池(200)将所述光转化为电能。

Description

具有棱镜光转向特征的光收集装置
相关申请案的参考
本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张2008年9月2日申请的第61/093,678号美国临时专利申请案的优先权益。
技术领域
本发明大体来说涉及光收集装置。更明确来说，本发明涉及利用棱镜结构将光导引到(例如)光伏电池的光收集。本发明还涉及这些装置的使用方法和制造方法。
背景技术
微机电系统(MEMS)包含微机械元件、激活器和电子元件。可使用沉积、蚀刻和/或其它蚀刻掉衬底和/或已沉积材料层的部分或者添加层以形成电装置和机电装置的微加工工艺来产生微机械元件。一种类型的MEMS装置称为干涉式调制器。如本文所使用，术语干涉式调制器或干涉式光调制器指的是一种使用光学干涉原理选择性地吸收且/或反射光的装置。在某些实施例中，干涉式调制器可包括一对导电板，其中之一或两者可能整体或部分透明且/或具有反射性，且能够在施加适当电信号时进行相对运动。在特定实施例中，一个板可包括沉积在衬底上的固定层，且另一个板可包括通过气隙与固定层分离的金属薄膜。如本文更详细描述，一个板相对于另一个板的位置可改变入射在干涉式调制器上的光的光学干涉。这些装置具有广范围的应用，且在此项技术中，利用且/或修改这些类型装置的特性使得其特征可被发掘用于改进现有产品和创建尚未开发的新产品，将是有益的。
发明内容
在一些实施例中，提供一种光收集设备。所述设备包含光伏电池和光转向主体，所述光转向主体由支持光传播穿过所述光转向主体的长度的光传播材料形成。所述光转向主体包括第一主表面、与第一主表面相对的第二主表面，以及安置于所述光转向主体中的第一多个间隔开的缝隙。所述第一多个缝隙中的每一缝隙由所述第一或第二主表面的一者中的底切形成。所述第一多个缝隙中的每一缝隙还经配置以使入射于所述第一主表面上的光朝向所述光伏电池重定向。
在一些其它实施例中，提供一种光收集设备。所述设备包含第一构件，其用于引导入射于光收集设备的主表面上的光传播穿过光转向主体；以及第二构件，其用于接收光并将所述光转化为电能。
在另外其它实施例中，提供一种用于收集光的方法。所述方法包含使撞击由光转向主体的表面中的底切形成的多个缝隙的小面的光重定向。所述光经重定向以传播穿过光转向主体而到达光接收器。
在一些其它实施例中，提供一种用于制造光收集装置的方法。所述方法包含提供光传播材料的主体，所述光传播材料支持光传播穿过所述主体的长度。多个间隔开的底切提供于所述主体中。将具有间隔开的底切的主体附接到光伏电池。在一些其它实施例中，提供一种通过此方法制造的光收集装置。
附图说明
图1是描绘干涉式调制器显示器的一个实施例的一部分的等角视图，其中第一干涉式调制器的可移动反射层处于松弛位置，且第二干涉式调制器的可移动反射层处于激活位置。
图2是说明并入有3×3干涉式调制器显示器的电子装置的一个实施例的系统框图。
图3是图1的干涉式调制器的一个示范性实施例的可移动镜位置对所施加电压的图。
图4是可用于驱动干涉式调制器显示器的一组行和列电压的说明。
图5A说明图2的3×3干涉式调制器显示器中的显示器数据的一个示范性帧。
图5B说明可用于写入图5A的帧的行和列信号的一个示范性时序图。
图6A和图6B是说明包括多个干涉式调制器的视觉显示装置的实施例的系统框图。
图7A是图1的装置的横截面。
图7B是干涉式调制器的替代实施例的横截面。
图7C是干涉式调制器的另一替代实施例的横截面。
图7D是干涉式调制器的又一替代实施例的横截面。
图7E是干涉式调制器的额外替代实施例的横截面。
图8是显示装置的一实施例的横截面。
图9是光收集装置的横截面。
图10A是光收集装置的一实施例的横截面。
图10B是光转向特征的横截面。
图10C到图10E是光转向特征的实施例的横截面。
图11A是光转向面板的实施例的横截面。
图11B是显示装置的一实施例的俯视平面图。
图12是光收集装置的一实施例的等距视图。
图13A是光收集装置的另一实施例的等距视图。
图13B是图13A的光收集装置的俯视平面图。
图14是光收集装置的一实施例的横截面。
图15是光收集装置的另一实施例的透视图。
图16是光收集装置的又一实施例的透视图。
具体实施方式
以下详细描述针对某些特定实施例。然而，本文的教示可以许多不同方式应用。在本描述内容中参看了附图，附图中所有相同或类似部分用相同标号表示。所述实施例可实施在经配置以显示不论运动(例如，视频)还是固定(例如，静止图像)的且不论文字还是图画的图像的任何装置中。更明确地说，预期所述实施例可实施在多种电子装置中或与多种电子装置关联，所述多种电子装置例如(但不限于)移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式或便携式计算机、GPS接收器/导航器、相机、MP3播放器、摄像机、游戏控制台、手表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、汽车显示器(例如，里程表显示器等)、座舱控制器和/或显示器、相机视图的显示器(例如，车辆中后视相机的显示器)、电子相片、电子广告牌或指示牌、投影仪、建筑结构、包装和美学结构(例如，一件珠宝上的图像显示器)。具有与本文中描述的装置类似的结构的MEMS装置也可用于例如电子切换装置的非显示器应用中。
本文中所揭示的某些实施例包括具有光导的光收集装置，在所述光导的主体中具有底切(undercut)。所述底切形成使传播穿过光导主体的光转向或重定向的棱镜特征。举例来说，底切的壁形成在所要方向上反射光的小面(facet)。在一些实施例中，入射在光导的主表面上的光通过底切重定向以在光导主体内传播，借此俘获所述光。所俘获的光可传播穿过光导主体并最终撞击光伏电池。
举例来说，在一些实施例中，来自光源的光可射入到光导主体中，传播穿过所述主体且接触所述底切的小面。所述小面使光重定向使得其继续在光导主体内传播。传播的方向可经选择使得光最终行进离开光导主体(例如)以撞击光伏电池。
在一些实施例中，光导主体形成用于照明显示装置的照明装置的一部分。所述照明装置包括光源，且光导主体使来自光源的光朝向由(例如)干涉式调制器形成的显示器转向。在这些实施例中，使用光导主体来使光转向以用于显示器的照明以及光收集两者，例如用于将光供应到光伏电池。
图1中说明包括干涉式MEMS显示元件的一个干涉式调制器显示器的实施例。在这些装置中，像素处于明亮状态或黑暗状态。在明亮(“松弛”或“开启”)状态下，显示元件将入射可见光的大部分反射到用户。当在黑暗(“激活”或“关闭”)状态下时，显示元件将极少的入射可见光反射到用户。依据实施例而定，可颠倒“接通”和“断开”状态的光反射性质。MEMS像素可经配置以主要在所选颜色下反射，从而除了黑色和白色以外还允许彩色显示器。
图1是描述视觉显示器的一系列像素中的两个相邻像素的等角视图，其中每一像素包括MEMS干涉式调制器。在一些实施例中，干涉式调制器显示器包括这些干涉式调制器的一行/列阵列。每一干涉式调制器包含一对反射层，其定位成彼此相距可变且可控制的距离以形成具有至少一个可变尺寸的谐振光学间隙。在一个实施例中，可在两个位置之间移动所述反射层之一。在第一位置(本文中称为松弛位置)中，可移动反射层定位成距固定部分反射层相对较大的距离。在第二位置(本文中称为激活位置)中，可移动反射层定位成更紧密邻近所述部分反射层。视可移动反射层的位置而定，从所述两个层反射的入射光相长地或相消地进行干涉，从而针对每一像素产生全反射状态或非反射状态。
图1中像素阵列的所描绘部分包含两个相邻干涉式调制器12a和12b。在左侧干涉式调制器12a中，说明可移动反射层14a处于距包含部分反射层的光学堆叠16a预定距离处的松弛位置中。在右侧干涉式调制器12b中，说明可移动反射层14b处于邻近于光学堆叠16b的激活位置中。
如本文所引用的光学堆叠16a和16b(统称为光学堆叠16)通常包括若干熔合层(fused layer)，所述熔合层可包含例如氧化铟锡(ITO)的电极层、例如铬的部分反射层和透明电介质。因此，光学堆叠16是导电的、部分透明且部分反射的，且可通过(例如)将上述层的一者或一者以上沉积到透明衬底20上来制造。部分反射层可由为部分反射的多种材料(例如，各种金属、半导体及电介质)形成。部分反射层可由一个或一个以上材料层形成，且层中的每一者可由单一材料或材料的组合形成。
在一些实施例中，光学堆叠16的层经图案化成为多个平行条带，且如下文中进一步描述，可在显示装置中形成行电极。可移动反射层14a、14b可形成为沉积金属层(一层或多层)的一系列平行条带(与行电极16a、16b垂直)以形成列，其沉积在柱18和沉积于柱18之间的介入牺牲材料的顶部上。当蚀刻去除牺牲材料时，可移动反射层14a、14b通过所界定的间隙19而与光学堆叠16a、16b分离。例如铝的高度导电且反射的材料可用于反射层14，且这些条带可在显示装置中形成列电极。应注意，图1可能未按比例绘制。在一些实施例中，柱18之间的间隔可为约10-100um，而间隙19可为约＜1000埃。
在不施加电压的情况下，间隙19保留在可移动反射层14a与光学堆叠16a之间，其中可移动反射层14a处于机械松弛状态，如图1中像素12a所说明。然而，当将电位(电压)差施加到选定的行和列时，形成在相应像素处的行电极与列电极的交叉处的电容器变得带电，且静电力将所述电极拉在一起。如果电压足够高，那么可移动反射层14变形且被迫抵靠光学堆叠16。光学堆叠16内的介电层(在此图中未图示)可防止短路并控制层14与16之间的分离距离，如图1中右侧的经激活像素12b所说明。不管所施加的电位差的极性如何，表现均相同。
图2到图5说明在显示器应用中使用干涉式调制器阵列的一个示范性工艺和系统。
图2是说明可并入有干涉式调制器的电子装置的一个实施例的系统框图。、所述电子装置包含处理器21，其可为任何通用单芯片或多芯片微处理器(例如
Figure BPA00001317751600051
8051、、Power
Figure BPA00001317751600053
或
Figure BPA00001317751600054
)，或任何专用微处理器(例如数字信号处理器、微控制器或可编程门阵列)。如此项技术中常规的做法，处理器21可经配置以执行一个或一个以上软件模块。除了执行操作系统外，所述处理器可经配置以执行一个或一个以上软件应用程序，包含网络浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。
在一个实施例中，处理器21还经配置以与阵列驱动器22通信。在一个实施例中，所述阵列驱动器22包含将信号提供到显示器阵列或面板30的行驱动器电路24和列驱动器电路26。在图2中以线1-1展示图1中说明的阵列的横截面。应注意，虽然为了清晰起见图2说明干涉式调制器的3×3阵列，但显示阵列30可含有大量干涉式调制器，且可在行中具有与列中数目不同数目的干涉式调制器(例如，每行300个像素乘每列190个像素)。
图3是图1的干涉式调制器的一个示范性实施例的可移动镜位置对所施加电压的图。对于MEMS干涉式调制器来说，行/列激活协议可利用如图3中说明的这些装置的滞后性质。干涉式调制器可能需要(例如)10伏的电位差来促使可移动层从松弛状态变形为激活状态。然而，当电压从所述值减小时，可移动层在电压降回10伏以下时维持其状态。在图3的示范性实施例中，可移动层直到电压降到2伏以下时才完全松弛。因此，在图3中所说明的实例中，存在约3到7V的电压范围，其中存在所施加电压窗口，在所述窗口内，装置在松弛状态或激活状态中均是稳定的。此窗口在本文中称为“滞后窗口”或“稳定窗口”。对于具有图3的滞后特性的显示器阵列来说，可设计行/列激活协议使得在行选通期间，已选通行中待激活的像素暴露于约10伏的电压差，且待松弛的像素暴露于接近零伏的电压差。在选通之后，所述像素暴露于约5伏的稳态电压差或偏压差使得其维持在行选通使其所处的任何状态中。在此实例中，每一像素在被写入之后经历3-7伏的“稳定窗口”内的电位差。此特征使图1中说明的像素设计在相同的施加电压条件下在激活或松弛预存在状态下均是稳定的。因为干涉式调制器的每一像素(不论处于激活还是松弛状态)本质上是由固定反射层和移动反射层形成的电容器，所以可在滞后窗口内的一电压下维持此稳定状态而几乎无功率消耗。本质上，如果所施加的电压是固定的，那么没有电流流入像素中。
如下文进一步描述，在典型应用中，可通过根据第一行中所需组的激活像素跨越所述组列电极发送一组数据信号(每一者具有特定电压电平)来产生图像的帧。接着将行脉冲施加到第一行电极，从而激活对应于所述组数据信号的像素。所述组数据信号接着经改变以对应于第二行中所需组的激活像素。接着将脉冲施加到第二行电极，从而根据数据信号而激活第二行中的适当像素。第一行像素不受第二行脉冲影响，且维持在其在第一行脉冲期间被设定的状态中。可以连续方式对整个系列的行重复此过程以产生帧。通常，通过以每秒某一所需数目的帧的速度连续地重复此过程来用新的图像数据刷新且/或更新所述帧。可使用用于驱动像素阵列的行和列电极以产生图像帧的广泛种类的协议。
图4和图5说明用于在图2的3×3阵列上形成显示帧的一个可能的激活协议。图4说明可用于使像素展示出图3的滞后曲线的一组可能的列和行电压电平。在图4实施例中，激活像素涉及将适当列设定为-Vbias，且将适当行设定为+ΔV，其分别可对应于-5伏和+5伏。松弛像素是通过将适当列设定为+Vbias，且将适当行设定为相同的+ΔV，从而在像素上产生零伏电位差而实现的。在行电压维持在零伏的那些行中，不管列处于+Vbias还是-Vbias，像素在任何其最初所处的状态中均是稳定的。同样如图4中所说明，可使用具有与上述电压的极性相反的极性的电压，例如，激活像素可涉及将适当列设定为+Vbias，且将适当行设定为-ΔV。在此实施例中，释放像素是通过将适当列设定为-Vbias，且将适当行设定为相同的-ΔV，从而在像素上产生零伏电位差而实现的。
图5B是展示施加到图2的3×3阵列的一系列行和列信号的时序图，所述系列的行和列信号将产生图5A中说明的显示器布置，其中被激活像素为非反射的。在对图5A中说明的帧进行写入之前，像素可处于任何状态，且在本实例中所有行初始均处于0伏，且所有列均处于+5伏。在这些所施加的电压的情况下，所有像素在其既有的激活或松弛状态中均是稳定的。
在图5A的帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)和(3，3)被激活。为了实现此目的，在行1的“线时间(line time)”期间，将列1和2设定为-5伏，且将列3设定为+5伏。因为所有像素均保留在3-7伏的稳定窗口中，所以这并不改变任何像素的状态。接着用从0升到5伏且返回零的脉冲选通行1。这激活了(1，1)和(1，2)像素且松弛了(1，3)像素。阵列中其它像素均不受影响。为了视需要设定行2，将列2设定为-5伏，且将列1和3设定为+5伏。施加到行2的相同选通接着将激活像素(2，2)且松弛像素(2，1)和(2，3)。同样，阵列中其它像素均不受影响。通过将列2和3设定为-5伏且将列1设定为+5伏来类似地设定行3。行3选通设定行3像素，如图5A中所示。在对帧进行写入之后，行电位为零，且列电位可维持在+5或-5伏，且接着显示器在图5A的布置中是稳定的。可将相同程序用于数十或数百个行和列的阵列。用于执行行和列激活的电压的时序、序列和电平可在上文所概述的一般原理内广泛变化，且上文的实例仅为示范性的，且任何激活电压方法均可与本文描述的系统和方法一起使用。
图6A和图6B是说明显示装置40的实施例的系统框图。显示装置40可为(例如)蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其稍微变化形式也说明例如电视和便携式媒体播放器的各种类型的显示装置。
显示装置40包含外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48和麦克风46。外壳41通常由多种制造工艺的任一者形成，所述工艺包含注射模制和真空成形。另外，外壳41可由多种材料的任一者制成，所述材料包含(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶和陶瓷，或其组合。在一个实施例中，外壳41包含可去除部分(未图示)，所述可去除部分可与其它具有不同颜色或含有不同标记、图画或符号的可去除部分互换。
如本文中所描述，示范性显示装置40的显示器30可为包含双稳态显示器(bi-stabledisplay)在内的多种显示器的任一者。在其它实施例中，显示器30包含例如如上所述的等离子、EL、OLED、STN LCD或TFTLCD的平板显示器，或例如CRT或其它电子管装置的非平板显示器。然而，出于描述本实施例的目的，如本文中所描述，显示器30包含干涉式调制器显示器。
图6B中示意说明示范性显示装置40的一个实施例的组件。所说明的示范性显示装置40包含外壳41且可包含至少部分封围在所述外壳41中的额外组件。举例来说，在一个实施例中，示范性显示装置40包含网络接口27，所述网络接口27包含耦合到收发器47的天线43。收发器47连接到处理器21，处理器21连接到调节硬件52。调节硬件52可经配置以调节信号(例如，对信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器45和麦克风46。处理器21也连接到输入装置48和驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28且耦合到阵列驱动器22，所述阵列驱动器22进而耦合到显示器阵列30。根据特定示范性显示装置40设计的要求，电源50将功率提供到所有组件。
网络接口27包含天线43和收发器47使得示范性显示装置40可经由网络与一个或一个以上装置通信。在一个实施例中，网络接口27也可具有某些处理能力以减轻对处理器21的要求。天线43是用于发射和接收信号的任何天线。在一个实施例中，所述天线根据IEEE 802.11标准(包含IEEE 802.11(a)、(b)或(g))来发射和接收RF信号。在另一实施例中，所述天线根据蓝牙(BLUETOOTH)标准来发射和接收RF信号。在蜂窝式电话的情况下，所述天线经设计以接收CDMA、GSM、AMPS、W-CDMA或其它用于在无线手机网络内通信的已知信号。收发器47预处理从天线43接收到的信号，使得处理器21可接收所述信号并进一步对所述信号进行处理。收发器47还处理从处理器21接收到的信号使得可经由天线43从示范性显示装置40发射所述信号。
在一替代实施例中，收发器47可由接收器代替。在又一替代实施例中，网络接口27可由可存储或产生待发送到处理器21的图像数据的图像源代替。举例来说，所述图像源可为数字视频光盘(DVD)或含有图像数据的硬盘驱动器，或产生图像数据的软件模块。
处理器21大致上控制示范性显示装置40的全部操作。处理器21接收例如来自网络接口27或图像源的压缩图像数据的数据，并将所述数据处理成原始图像数据或处理成易被处理成原始图像数据的格式。处理器21接着将已处理的数据发送到驱动器控制器29或发送到帧缓冲器28以供存储。原始数据通常是指识别图像内每一位置处的图像特性的信息。举例来说，这些图像特性可包含颜色、饱和度和灰度级。
在一个实施例中，处理器21包含微控制器、CPU或逻辑单元以控制示范性显示装置40的操作。调节硬件52通常包含放大器和滤波器，以用于将信号发射到扬声器45，且用于从麦克风46接收信号。调节硬件52可为示范性显示装置40内的离散组件，或可并入在处理器21或其它组件内。
驱动器控制器29直接从处理器21或从帧缓冲器28取得由处理器21产生的原始图像数据，并适当地重新格式化所述原始图像数据以供高速发射到阵列驱动器22。具体来说，驱动器控制器29将原始图像数据重新格式化为具有类似光栅的格式的数据流，使得其具有适于在显示器阵列30上进行扫描的时间次序。接着，驱动器控制器29将已格式化的信息发送到阵列驱动器22。尽管驱动器控制器29(例如LCD控制器)通常与系统处理器21关联而作为独立的集成电路(IC)，但可以许多方式实施这些控制器。其可作为硬件嵌入处理器21中，作为软件嵌入处理器21中，或与阵列驱动器22完全集成在硬件中。
通常，阵列驱动器22从驱动器控制器29接收已格式化的信息且将视频数据重新格式化为一组平行波形，所述波形以每秒多次的速度被施加到来自显示器的x-y像素矩阵的数百且有时数千个引线。
在一个实施例中，驱动器控制器29、阵列驱动器22和显示器阵列30适用于本文描述的任意类型的显示器。举例来说，在一个实施例中，驱动器控制器29是常规显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如，干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱动器22是常规驱动器或双稳态显示器驱动器(例如，干涉式调制器显示器)。在一个实施例中，驱动器控制器29与阵列驱动器22集成。此实施例在例如蜂窝式电话、手表和其它小面积显示器的高度集成系统中是普遍的。在又一实施例中，显示器阵列30是典型的显示器阵列或双稳态显示器阵列(例如，包含干涉式调制器阵列的显示器)。
输入装置48允许用户控制示范性显示装置40的操作。在一个实施例中，输入装置48包含例如QWERTY键盘或电话键区的键区、按钮、开关、触敏屏幕、压敏或热敏薄膜。在一个实施例中，麦克风46是用于示范性显示装置40的输入装置。当使用麦克风46将数据输入到所述装置时，用户可提供声音命令以便控制示范性显示装置40的操作。
电源50可包含此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说，在一个实施例中，电源50是例如镍镉电池或锂离子电池的可再充电电池。在另一实施例中，电源50是可再生能源、电容器或太阳能电池，包含塑料太阳能电池和太阳能电池涂料。在另一实施例中，电源50经配置以从壁式插座接收功率。
在某些实施方案中，如上文中所描述，控制可编程性驻存在驱动器控制器中，所述驱动器控制器可位于电子显示器系统中的若干位置中。在某些情况下，控制可编程性驻存在阵列驱动器22中。上述优化可实施在任何数目的硬件和/或软件组件中且可以各种配置实施。
根据上文陈述的原理而操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛变化。举例来说，图7A-7E说明可移动反射层14及其支撑结构的五个不同实施例。图7A是图1的实施例的横截面，其中金属材料条带14沉积在垂直延伸的支撑件18上。在图7B中，每一干涉式调制器的可移动反射层14为正方形或矩形形状，且在系链(tether)32上仅在隅角处附接到支撑件。在图7C中，可移动反射层14为正方形或矩形形状，且从可包括柔性金属的可变形层34悬置下来。所述可变形层34直接或间接地连接到围绕可变形层34的周边的衬底20。这些连接在本文中称为支柱。图7D中说明的实施例具有支柱插塞42，可变形层34搁置在所述支柱插塞42上。如图7A-7C所示，可移动反射层14保持悬置在间隙上方，但可变形层34并不通过填充可变形层34与光学堆叠16之间的孔而形成所述支柱。而是，支柱由平坦化材料形成，其用于形成支柱插塞42。图7E中说明的实施例是基于图7D中展示的实施例，但也可适于与图7A-7C中说明的实施例以及未图示的额外实施例的任一者一起发挥作用。在图7E中所示的实施例中，已使用金属或其它导电材料的额外层来形成总线结构44。这允许信号沿着干涉式调制器的背面进行路由，从而消除许多原本可能必须形成在衬底20上的电极。
在例如图7中所示的那些实施例的实施例中，干涉式调制器充当直接观看装置，其中从透明衬底20的前侧观看图像，所述侧与上面布置有调制器的一侧相对。在这些实施例中，反射层14以光学方式遮蔽在反射层的与衬底20相对侧的干涉式调制器的部分，其包含可变形层34。这允许对遮蔽区域进行配置和操作而不会消极地影响图像质量。举例来说，此遮蔽允许图7E中的总线结构44，其提供使调制器的光学性质与调制器的机电性质分离的能力，例如，寻址或由所述寻址引起的移动。这种可分离的调制器结构允许选择用于调制器的机电方面和光学方面的结构设计和材料且使其彼此独立而发挥作用。此外，图7C-7E中所示的实施例具有源自反射层14的光学性质与其机械性质脱离的额外益处，所述益处由可变形层34执行。这允许用于反射层14的结构设计和材料在光学性质方面得以优化，且用于可变形层34的结构设计和材料在所需的机械性质方面得以优化。
视光学堆叠16与反射层14之间的距离而定，入射于干涉式调制器上的光归因于相长干涉或相消干涉而被反射或吸收。使用干涉式调制器的显示器的感知亮度和质量视入射于显示器上的光而定，因为光经反射以在显示器中产生图像。在一些情况下，例如在低环境光条件下，可使用照明系统来照明显示器以产生图像。
图8是具有照明系统的显示装置的横截面，所述照明系统包括光源190和光导主体180。光导主体180可呈面板的形式，例如所说明的面板。光导主体180由可支持光传播穿过光导主体180的长度的大体上光学透射材料形成。举例来说，光导主体180可由玻璃、塑料或其它高度透明的材料形成。光导主体180利用缝隙100作为光转向特征。缝隙100经配置以使来自光源190的光朝向显示器181转向。光源190可为(例如)点光源或线光源。光导主体180安置成邻近于且面对显示器181。
在一些实施例中，照明系统为前灯，且从显示器181反射的光往回透射穿过光导主体180并离开光导主体180朝向用户。显示器181可包括各种显示元件(例如，多个空间光调制器、干涉式调制器、液晶元件、电泳元件等)，其可布置成平行于光导主体180的主表面。在一些实施例中，显示器181为显示器30(图6A和图6B)。
显示装置还可包括一个或一个以上光伏电池200(图10A)，其用于将光转化为电能。来自光源190的接触缝隙100的光朝向显示器181转向，而例如来自光导主体180的与显示器181相对的一侧的撞击光导主体180的光朝向光伏电池200转向。所述光通过全内反射从缝隙100传播穿过光导主体180到达光伏电池200。将了解，朝向光伏电池200转向的光可为环境光，例如日光。在其它布置中，光源190和光伏电池200在光导主体180的同一侧上。在此类布置中，光导主体180可充当背光，且显示器181和环境光源在光导主体180的同一侧上。
将了解，缝隙100提供优于其它棱镜光转向特征的各种优点。举例来说，已发现，例如图9中的横截面所示的光转向特征容易遭受光损失，此可减少经重定向到光伏电池的光的量。光转向特征82由与表面83形成大于90°的角度θ1的小面82a和82b形成。撞击特征820的小面82b的光可在光伏电池200的方向上通过全内反射而被反射穿过光导主体80。然而，在某一点处，一些光可撞击特征821的小面82a，在小面82a处，当光被引导离开光导主体80时光遭受损失。此损失的光不利地减少针对光伏电池200俘获或朝向光伏电池200重定向的光的量。
参看图10A，缝隙100提供减少光离开主体180的重定向的小面配置。撞击缝隙1000的光在光伏电池200的方向上通过全内反射而被反射穿过光导主体180。缝隙1001的小面成角度安置使得在接触缝隙1001后光即刻传播穿过缝隙100并继续朝向光伏电池200，而不是经重定向离开光导主体1800
另外，相对于特征82(见图9)，缝隙100减少未经由全内反射反射的光的损失。参看图10B，特征82由分别与表面83a、83b形成大于90°的角度θ1和θ2的小面82a和82b形成。通常，入射于小面82a的光朝向显示器(未图示)反射或可通过全内反射继续在光导主体80内部传播。然而，以接近法线角入射于小面82a的光未被反射，且可传播离开光导主体80，借此造成光损失。在光收集应用中，此光损失可减小光收集效率。
参看图10C，缝隙100通过再循环传播离开光导主体180的光来减少光损失。举例来说，光线103传播离开主体180，但接着再射入到主体180中，其中所述光线继续经由全内反射传播直到其传播离开主体180以接触光伏电池200(未图示)为止。
继续参看图10C，缝隙100为光导主体180中的底切，且由小面104和106界定。当表面108面向上定位时，由“底切”界定的体积至少部分地直接在光导主体180的表面108下方延伸。在一些实施例中，小面106与表面108始终邻接且界定小于90°的角度110。将了解，虽然无形成光导主体180的材料，但缝隙100可用促进在主体180中的全内反射的另一种材料来填充。在其它实施例中，缝隙100可具有开放体积且可完全不具有固体材料。
参看图10D，在一些实施例中，用抗反射涂层112对缝隙100加衬。抗反射涂层112具有减少不当光反射的优点。举例来说，对于射出小面104的光，涂层112可使离开小面106的光反射最小化，借此促进光再射入到主体180中。抗反射涂层的实例包括(但不限于)二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN4)和氧化铝(Al2O3)涂层。
在所说明的实施例中，缝隙100形成向表面108开放的体积。在一些其它实施例中，参看图10E，缝隙100可完全安置于光导主体180内。举例来说，缝隙100可形成于表面108下方，其中缝隙100与表面108之间具有窄连接部件114。每一缝隙100的末端处的部件114可(例如)通过形成光导主体180的材料的天然弹性或通过在那些部件上涂覆密封剂或粘合剂而密封。对部件114的密封可通过保护缝隙100使其免受可接触缝隙100的小面104和106的边缘的外部物件的影响来减少对缝隙100的污染或损坏。在一些其它实施例中，未密封窄部件114，但由所述部件界定的开口与所说明的缝隙100的横向截面面积相比相对较窄，借此保护缝隙100。
将了解，所说明的缝隙100未必按比例绘制，且其相对大小可不同。此外，小面104和106的相对角度可与所说明的角度不同。举例来说，缝隙100的横截面面积可变化，且由小面104、106界定的相对定向和角度可在缝隙间变化。
参看图10C到图10E，在一些实施例中，小面104与106可大体上平行，且小面104、106可由平行于表面108的单一缝隙侧壁105接合。缝隙100可因此界定具有平行四边形的形状的体积。缝隙侧壁105的平行定向有利地促进光在主体102内的全内反射，因为平行侧壁105以类似于表面108的角度反射光。
参看图11A，缝隙100可安置在光导主体180的单一或一个以上表面上。举例来说，缝隙100可安置于主体180的相对主表面108和109上。在多个表面上形成缝隙100可具有光导主体190的每单位长度更有效率地使光转向的优点。此外，对于每单位长度灯条190上的缝隙100的给定密度，通过在表面108和109两者上形成缝隙100，相对于仅在表面108、109的一者上形成缝隙100，可增加每一表面108和109上的缝隙100之间的间隔。此间隔增加可具有促进制造密集缝隙图案的优点。为实现所要光转向特性，将了解，表面108和109中的缝隙可在总数、横向截面形状、尺寸和形成于所述缝隙与主表面之间的角度中的一者或一者以上方面有所不同。
参看图11B，另一组缝隙100可提供于光导主体182的边缘184处。边缘184处的缝隙100成角度以使光重定向进入对应于显示器(未图示)的区域183中。一组或一组以上其它缝隙100可沿其上部和/或下部主表面而形成于区域183中以使光重定向到显示器。缝隙100可通过(例如)切割或冲压光导主体182而形成。
除了照明显示器(例如见图8)，光导主体180还可用于各种其它照明应用中。在一些应用中，将具有缝隙100的光导主体180并入在用于室内或室外用途的照明系统中。举例来说，光导主体180可使来自光源的光重定向以提供对房间和其它室内空间的头顶照明(或用于室外空间)，同时还为光伏电池收集光。
在一些其它实施例中，光导主体180在未耦合到光源的情况下用于专门的光收集系统中。将了解，光伏电池200可相对于光导主体180布置在各个位置。举例来说，光伏电池200可安置在主体180的一个或一个以上隅角或边缘处。缝隙100的位置、密度和角度经配置以在隅角或边缘处将所收集的光引导到光伏电池200。
参看图12，在一些实施例中，光收集单元201包括安置成接近光导主体180的中心的一个或一个以上光伏电池200。缝隙100形成围绕光伏电池200的一个或一个以上圆。所述圆可为同心圆，且光伏电池200可安置在圆的中心处。缝隙100成角度以将入射在光导主体180的主表面109上的光(例如，日光)引导到光伏电池200。缝隙100可形成连续圆，或可形成圆的片段。如所说明，光导主体180的外周长具有圆形形状。光导主体180的主表面的周长可具有各种其它形状，包括三角形或正方形形状。
继续参看图12，一对背对背光伏电池200占据接近光导主体180的中心的开放体积。在其它实施例中，可提供单一或两个以上光伏电池200。举例来说，多个光伏电池200可经布置以在光导主体180的中心处形成三角形、正方形或圆形形状。
参看图13A和图13B，在一些实施例中，光收集单元201可包括定位在距光导主体180一距离处的光伏电池200。举例来说，光伏电池200可定位于光导主体180上方或下方。如所说明，一个或一个以上光伏电池200可定位于光导主体180的水平面下方。光导主体180包括用于使在所述主体180中俘获或传播穿过所述主体180的光重定向的结构。举例来说，如所说明，光导主体180具有形成在中心切口中的小面202。入射在光导主体180的主表面109上的光通过缝隙100朝向小面202转向。小面202以一角度形成以使传播穿过主体180的光向下朝向下伏的光伏电池200转向。
在一些实施例中，两个或两个以上光导主体180可堆叠。参看图14，光导主体180a堆叠在光导主体180b上，光导主体180b堆叠在光导主体180c上。光导主体180a、180b和180c分别具备缝隙100a、100b和100c。缝隙100a、100b、100c可在总数、横向截面形状、尺寸和形成于所述缝隙与形成有缝隙的转向主体的表面之间的角度中的一者或一者以上方面彼此不同。
在一些实施例中，缝隙100a、100b和100c相对于上部主表面109a以不同角度形成，使得每一组缝隙经优化以以不同角度俘获入射于光导主体180a、180b和180c上的光。所述不同角度有利地允许光导主体180a、180b和180c的堆叠从广范围的角度收集撞击主表面109a的光，借此增加当环境光源相对于堆叠移动时光收集的效率。举例来说，此相对移动可在一天中太阳移动越过天空的过程期间发生，且所述堆叠无需移动以跟踪太阳的移动。
为增加所收集的光的量，可利用多个光收集单元201。参看图15，多个光收集单元201形成光收集系统203。单元201附接到支撑结构(例如，板)。
参看图16，为将光收集单元201更紧密地压紧在一起，单元201可形成为具有六角形形状。有利地，六角形形状允许光收集单元201彼此接触而压紧，从而增加每单位面积单元201的数目。
将了解，在一些实施例中，光收集单元201单独形成且稍后组合以形成光收集系统203(见图15和图16)。在一些其它实施例中，对应于多个光收集单元201的缝隙100可直接以单片材料形成。举例来说，缝隙100可以所述薄片界定于围绕光伏电池200的所要位置的同心圆中。
针对光收集单元201或光收集系统203的缝隙100可通过各种方法形成。在一些实施例中，缝隙100形成在例如玻璃或塑料等光学透射材料的已形成的主体中。从所述材料主体移除材料以形成缝隙100。举例来说，可通过机械加工或切入主体来形成缝隙100。在其它实施例中，通过激光切除从主体移除材料，其中主体暴露于从主体移除材料的激光束。有利地，此类方法可用于在材料主体中形成任意形状，例如圆形或其它弯曲(例如见图12到图13B)。
在另一实例中，可通过压印形成缝隙100，其中将具有对应于缝隙100的突起的压模按压在光传播材料的主体上以在主体中形成缝隙100。可加热所述主体，使主体具有足够延展性以得到缝隙100的形状。
接着将具有缝隙100的所得材料主体切割或冲压成光导主体或包括多个光收集单元的光收集系统的所要形状。在一些实施例中，提供已具有所要形状的材料主体，且接着在所述材料主体中形成缝隙100。
在一些其它实施例中，在形成例如光导主体等光传播材料的主体的同时形成缝隙100。光导主体可采取面板的形式，且此类方法可具有以高产量形成包括具有沿缝隙100的长度的极少弯曲的缝隙100的大面板的特定优点。
在一个实例中，通过挤压穿过压模，可形成光传播材料的主体，所述压模具有对应于光导主体的横截面形状的开口且还具有对应于缝隙100的在压模中的突出物。在缝隙100将延伸的方向上推进和/或拉动形成主体的材料穿过压模，借此形成具有所要横截面形状和缝隙100的材料长度。为形成弯曲延伸(例如，为半圆片段)的缝隙100，可在材料移动穿过压模时使材料旋转。接着将材料长度切割为用于例如光导面板的所要尺寸。
在另一实例中，可通过浇铸形成光传播材料的主体，其中将材料放置于模具中且允许其硬化。所述模具含有对应于缝隙的延伸物。一旦经硬化，便从模具移除光传播材料的主体。所述模具可对应于单一光转向主体。在其它实施例中，所述模具产生大的材料薄片，将其切割为用于一个或一个以上光转向主体的所要尺寸。
在又一实例中，通过注射模制来形成光传播材料的主体，其中流体材料经注入到模具中且接着在硬化后从模具脱出。在模具对应于单一面板的情况下，可将光传播材料的经移除的主体用作单一光转向面板。所述模具也可用于产生大的材料薄片，且将所述薄片切割为用于一个或一个以上光转向面板的所要尺寸。
在一些其它实施例中，光导主体形成于稍后加以组合的部分中。可使用本文中揭示的方法中的任一者形成所述部分。将所述部分与折射率匹配材料胶接或以其它方式附接在一起以形成单一面板。面板的逐部分形成允许形成原本对于特定方法来说可能难以形成为单一连续结构的弯曲缝隙100。
在经形成后，将光导主体附接到光伏电池。在一些实施例中，光导主体还附接到显示器和光源以形成具有光收集能力的显示装置。
所属领域的技术人员将理解，尽管已在某些优选实施例和实例的上下文中揭示了本发明，但本发明超越具体揭示的实施例而扩展到其它替代实施例和/或扩展到对本发明及其明显修改和等效物的使用。此外，虽然已详细展示且描述了本发明的若干变型，但所属领域的技术人员基于本发明将容易了解在本发明的范围内的其它修改。还预期，可进行实施例的特定特征和方面的各种组合或子组合且其仍落在本发明的范围内。应理解，所揭示的实施例的各种特征和方面可彼此组合或替换以便形成所揭示的本发明的变化模式。因此，希望本文中所揭示的本发明的范围不应受到以上描述的特定揭示的实施例限制，而是应仅由所附权利要求书确定。

Claims (50)

1.一种光收集设备，其包含：
光伏电池；以及
光转向主体，其由支持光传播穿过所述光转向主体的长度的光传播材料形成，所述光转向主体包含：
第一主表面；
与所述第一主表面相对的第二主表面；以及
安置于所述光转向主体中的第一多个间隔开的缝隙，所述第一多个缝隙中的每一缝隙由所述第一或所述第二主表面的一者中的底切形成，所述第一多个缝隙中的每一缝隙经配置以使入射于所述第一主表面上的光朝向所述光伏电池重定向。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一多个缝隙的所述缝隙中的每一者具有至少部分由第一和第二小面界定的横向截面形状，所述第一和第二小面彼此相对。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述小面中的每一者延伸到光导主体的表面，其中所述缝隙向所述光导主体的所述表面开放。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一多个缝隙中的每一缝隙的所述第一和第二小面彼此大体平行。
5.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一小面与所述第一主表面之间形成的角度在所述第一多个缝隙中间变化。
6.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一小面的表面积在所述第一多个缝隙中间变化。
7.根据权利要求2所述的设备，其中所述横截面形状大体为平行四边形。
8.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含所述缝隙的表面上的抗反射涂层。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一多个缝隙由所述第一主表面中的底切形成。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述光转向主体进一步包含第二多个缝隙，所述第二多个缝隙的所述缝隙由所述第二主表面中的底切形成。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述第一多个缝隙在数目、横向截面形状、尺寸和形成于所述缝隙与所述主表面之间的角度中的一者或一者以上方面不同于所述第二多个缝隙。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述光导主体形成照明装置，所述光收集设备进一步包含：
光源，其经配置以使光传播穿过所述光导主体；以及
由所述第一或第二主表面的一者或两者中的底切形成的缝隙，所述缝隙经配置以引导来自所述光源的所述光穿过所述第一和第二主表面的一者或两者离开所述光导主体。
13.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含：
显示器；
处理器，其经配置以与所述显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据；以及
存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。
14.根据权利要求13所述的设备，其进一步包含经配置以将至少一个信号发送到所述显示器的驱动器电路。
15.根据权利要求14所述的设备，其进一步包含经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路的控制器。
16.根据权利要求13所述的设备，其进一步包含经配置以将所述图像数据发送到所述处理器的图像源模块。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述图像源模块包含接收器、收发器和发射器中的至少一者。
18.根据权利要求13所述的设备，其进一步包含经配置以接收输入数据并将所述输入数据传送到所述处理器的输入装置。
19.根据权利要求13所述的设备，其中所述光导主体构成显示器灯，所述光收集设备进一步包含经配置以使光传播穿过所述光导主体朝向所述显示器的光源。
20.根据权利要求19所述的设备，其进一步包含经配置以使来自所述光源的所述光朝向所述显示器重定向的第三多个缝隙，所述第三多个缝隙由所述第一和第二主表面的一者或一者以上中的底切形成。
21.根据权利要求20所述的设备，其中所述光导主体由第一和第二相对边缘、第三和第四相对边缘以及所述第一和第二相对主表面界定，其中所述第一和第二主表面在所述第一边缘与所述第二边缘和所述第三边缘与所述第四边缘之间延伸。
22.根据权利要求20所述的设备，其中所述第一和第三多个缝隙包含所述相同缝隙中的一者或一者以上。
23.根据权利要求21所述的设备，其进一步包含由所述第一边缘中的底切形成的第四多个缝隙。
24.根据权利要求23所述的设备，其中所述第四多个缝隙经配置以使从所述第三边缘传播的光跨越所述光导主体朝向所述第二边缘重定向。
25.根据权利要求19所述的设备，其中所述显示器包含多个干涉式调制器，所述干涉式调制器形成像素元件。
26.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一多个缝隙的所述缝隙界定若干间隔开的同心圆或半圆。
27.根据权利要求26所述的设备，其中所述光伏电池接近所述光转向主体的边缘而安置。
28.根据权利要求26所述的设备，其中所述光伏电池接近所述同心圆的中心而安置。
29.根据权利要求28所述的设备，其进一步包含接近所述同心圆的中心而安置的至少一个额外光伏电池，所述光伏电池和所述至少一个额外光伏电池面向至少两个不同方向且经配置以接收从所述第一多个缝隙的所述缝隙重定向的光。
30.根据权利要求26所述的设备，其进一步包含接近所述同心圆的所述中心的折射结构，所述折射结构经配置以使从所述第一多个缝隙的所述缝隙重定向的光朝向所述光伏电池重定向。
31.根据权利要求30所述的设备，其中所述光转向主体安置在第一垂直水平面上，其中所述光伏电池安置在第二垂直水平面上。
32.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含堆叠在所述光转向主体上的一个或一个以上额外光转向主体，所述额外光转向主体的每一者包含由所述额外光转向主体中的底切形成的多个缝隙。
33.根据权利要求32所述的设备，其中所述光转向主体的每一者的缝隙在数目、横向截面形状、尺寸和界定于所述缝隙与形成有所述缝隙的所述转向主体的表面之间的角度中的一者或一者以上方面不同于所述光转向主体的其它者的缝隙。
34.根据权利要求1所述的设备，其中所述光转向主体的边缘界定六角形。
35.一种光收集设备，其包含：
第一构件，其用于引导入射于所述光收集设备的主表面上的光传播穿过光转向主体；以及
第二构件，其用于接收所述光并将所述光转化为电能。
36.根据权利要求35所述的设备，其中所述第一构件包含由所述光转向主体的表面中的底切形成的多个缝隙。
37.根据权利要求36所述的设备，其中所述缝隙是安置于所述光转向主体的所述表面下方的开放体积。
38.根据权利要求36所述的设备，其中所述光转向主体是平坦膜。
39.根据权利要求35所述的设备，其中所述第二构件包含光伏电池。
40.根据权利要求35所述的设备，其进一步包含用于经由所述光转向主体显示图像的第三构件。
41.根据权利要求40所述的设备，其中所述第三构件包含多个干涉式调制器，所述干涉式调制器形成像素元件。
42.一种用于收集光的方法，其包含：
使撞击由光转向主体的表面中的底切形成的多个缝隙的小面的光重定向，所述光经重定向以传播穿过所述光转向主体而到达光接收器。
43.根据权利要求42所述的方法，其中使所述光重定向包含使太阳辐射重定向。
44.根据权利要求42所述的方法，其中所述光接收器是光伏电池，所述方法进一步包含将所述光转化为电能。
45.根据权利要求42所述的方法，其中所述光转向主体由第一和第二相对边缘、第三和第四相对边缘以及在所述第一边缘与所述第二边缘和所述第三边缘与所述第四边缘之间延伸的第一和第二相对主表面界定，其中所述多个缝隙由所述第一主表面中的底切形成。
46.根据权利要求45所述的方法，其进一步包含提供由所述第二主表面中的底切形成的第二多个缝隙，所述第二多个缝隙经配置以使所述光重定向穿过所述光转向主体到达所述光接收器。
47.根据权利要求46所述的方法，其进一步包含提供一个或一个以上额外光转向主体，所述额外光转向主体堆叠在所述光转向主体上，所述额外光转向主体中的每一者包含由所述额外光转向主体中的底切形成的多个缝隙。
48.根据权利要求47所述的方法，其中所述光转向主体的所述缝隙经配置以以第一角度重定向入射于所述光转向主体上的光，其中所述一个或一个以上额外光转向主体中的缝隙经配置以以不同于所述第一角度的一个或一个以上角度重定向入射于所述光转向主体上的光。
49.根据权利要求42所述的方法，其进一步包含提供显示器，所述光转向主体的主表面附接到显示表面。
50.根据权利要求49所述的方法，其进一步包含将来自所述显示器的光射出所述光主体的主表面。
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