FR3012628A1 - REFLECTIVE AND PHOTOVOLTAIC DISPLAY DEVICE - Google Patents
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Abstract
Dispositif d'affichage comprenant des pixels réflectifs composés d'un premier polariseur et d'un deuxième polariseur caractérisé en ce que le deuxième polariseur est réflectif et qu'une surface photovoltaïque est disposée sous le dit deuxième polariseur réflectif de manière à ce que la lumière polarisée par le premier polariseur qui n'est pas réfléchie par le dit deuxième polariseur réflectif traverse celui-ci et illumine la surface photovoltaïque. Le dispositif est particulièrement adapté à l'intégration de surfaces photovoltaïques dans les écrans d'affichage électronique sans détérioration de la qualité visuelle de l'image.Display device comprising reflective pixels composed of a first polarizer and a second polarizer, characterized in that the second polarizer is reflective and a photovoltaic surface is disposed under the said second polarizer reflective so that the light polarized by the first polarizer which is not reflected by said second reflective polarizer passes therethrough and illuminates the photovoltaic surface. The device is particularly adapted to the integration of photovoltaic surfaces in the electronic display screens without deterioration of the visual quality of the image.
Description
DISPOSITIF D'AFFICHAGE REFLECTIF ET PHOTOVOLTAIQUE La présente invention se rapporte aux écrans d'affichage électronique qui 5 utilisent des pixels réflectifs éclairés par la lumière ambiante et qui produisent aussi de l'électricité photovoltaïque. ETAT DE LA TECHNIQUE 10 Les surfaces photovoltaïques servent à produire de l'électricité à partir de la lumière ambiante ce qui permet d'alimenter en énergie, au moins partiellement, certains appareils utilisés dans notre quotidien. Il est intéressant d'intégrer des surfaces photovoltaïques dans la surface des écrans électroniques de manière à générer un courant électrique apte à alimenter en électricité lesdits écrans. Dans le 15 cas des écrans qui sont de type réflectif, ou de type transflectif, c'est-à-dire à la fois réflectif et émissif, il existe déjà des dispositifs qui comprennent des surfaces photovoltaïques. Ces écrans émettent des images lumineuses composées de pixels de type LCD, LED, OLED, PLASMA, LASER, et contiennent des éléments de surface qui ont la propriété de réfléchir la lumière ambiante afin d'augmenter la luminosité 20 des pixels. L'intégration de surfaces photovoltaïques dans ce type d'écran se fait généralement en positionnant lesdites surfaces photovoltaïques entre les éléments émissifs, par exemple dans les espaces inter pixels, ou bien sur une partie des surfaces réfléchissantes. Dans le premier cas les espaces inter pixels sont très réduits, ce qui limite la surface photovoltaïque globale et donc la production 25 d'électricité. Dans le second cas, il y a diminution de la surface réfléchissante donc diminution de la luminosité des images. BUT DE L'INVENTION 30 L'invention a pour but principal de pallier aux inconvénients précités en permettant d'intégrer des surfaces photovoltaïques importantes dans les surfaces réfléchissantes des écrans réflectifs ou transflectifs, tout en modifiant très peu la qualité visuelle des images produites par ce type d'écran. RESUME DE L'INVENTION On définit ici le terme «photovoltaïque» par la propriété qu'ont certains matériaux, ou association de matériaux, de transformer une partie de l'énergie lumineuse reçue, en énergie électrique, ce qui est le cas par exemple pour le silicium cristallin, amorphe, ou organique. Ces matériaux photovoltaïques sont par ailleurs reliés entre eux, et reliés à des composants extérieurs, par des connexions électriques connues de l'homme de métier et non décrites ici. On définit ici le terme de « polariseur transflectif», par une surface qui a la propriété à la fois de polariser la lumière qui la traverse et de polariser la lumière qui est réfléchie par cette surface. En général les plans de polarisation de la lumière transmise et de la lumière réfléchie par un polariseur transflectif sont perpendiculaires. Le polariseur transflectif est souvent constitué d'un réseau de bandes métalliques conductrices électriquement, comme par exemple l'argent, l'aluminium, le cuivre, le carbone ou le graphène, ces bandes étant parallèles entre elles avec des épaisseurs, des largeurs et des espacements qui sont inférieurs à la longueur d'onde de la lumière visible, donc inférieurs à 400 nm. Dans le cadre de la présente demande, les expressions devant, derrière, dessous, s'agissant de la disposition relative des éléments du dispositif selon l'invention, se réfèrent à l'ordre dans lequel ces éléments sont atteints par la lumière ambiante incidente sur la face du dispositif présentée à un observateur.The present invention relates to electronic display screens which utilize reflective pixels illuminated by ambient light and which also produce photovoltaic electricity. STATE OF THE ART Photovoltaic surfaces are used to produce electricity from ambient light, which enables energy to be supplied, at least partially, to certain appliances used in our daily life. It is interesting to integrate photovoltaic surfaces in the surface of the electronic screens so as to generate an electric current capable of supplying electricity to said screens. In the case of screens that are reflective, or transflective, that is, both reflective and emissive, there are already devices that include photovoltaic surfaces. These screens emit light images composed of LCD, LED, OLED, PLASMA, LASER pixels, and contain surface elements which have the property of reflecting ambient light in order to increase the brightness of the pixels. The integration of photovoltaic surfaces in this type of screen is generally done by positioning said photovoltaic surfaces between the emitting elements, for example in inter pixel spaces, or on a part of the reflecting surfaces. In the first case the inter pixel spaces are very small, which limits the overall photovoltaic area and therefore the production of electricity. In the second case, there is a decrease in the reflective surface and therefore a decrease in the brightness of the images. OBJECT OF THE INVENTION The main object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks by making it possible to integrate large photovoltaic surfaces in the reflective surfaces of the reflective or transflective screens, while modifying very little the visual quality of the images produced by this image. type of screen. SUMMARY OF THE INVENTION The term "photovoltaic" is defined here by the property of certain materials, or combination of materials, of transforming a portion of the received light energy into electrical energy, which is the case, for example, for crystalline silicon, amorphous, or organic. These photovoltaic materials are also interconnected, and connected to external components, by electrical connections known to those skilled in the art and not described here. The term "transflective polarizer" is defined here by a surface that has the property both of polarizing the light that passes through it and of polarizing the light that is reflected by this surface. In general, the polarization planes of the transmitted light and the light reflected by a transflective polarizer are perpendicular. The transflective polarizer is often composed of a network of electrically conductive metal strips, such as for example silver, aluminum, copper, carbon or graphene, these strips being parallel to one another with thicknesses, widths and thicknesses. spacings that are less than the wavelength of visible light, so less than 400 nm. In the context of the present application, the expressions in front of, behind, below, with regard to the relative arrangement of the elements of the device according to the invention, refer to the order in which these elements are reached by the ambient light incident on the face of the device presented to an observer.
Dans son principe de base, l'invention a pour objet de positionner une cellule photovoltaïque sous un polariseur transflectif de manière à créer une surface polarisante en partie réfléchissante et en partie transparente. La proportion de lumière réfléchie et la proportion de lumière transmise au travers dudit polariseur transflectif est une fonction qui est commandée par le plan de polarisation de la lumière incidente par rapport à l'axe de polarisation dudit polariseur.In its basic principle, the object of the invention is to position a photovoltaic cell under a transflective polarizer so as to create a polarizing surface partly reflective and partly transparent. The proportion of reflected light and the proportion of light transmitted through said transflective polarizer is a function which is controlled by the plane of polarization of the incident light with respect to the polarization axis of said polarizer.
La fraction de lumière qui traverse le polariseur transflectif illumine la surface photovoltaïque placée sous ledit polariseur transflectif et la fraction de lumière qui est réfléchie par le polariseur transflectif illumine le filtre coloré placé au dessus. Ce dispositif est particulièrement intéressant lorsqu'il est intégré dans les écrans électroniques composés de pixels réflectifs ou de pixels transflectifs. Ces écrans possèdent en effet des pixels qui contiennent des surfaces qui réfléchissent la lumière ambiante, ladite lumière ambiante ayant été polarisée une première fois par son passage au travers d'un premier polariseur. Le plan de polarisation de la lumière qui a traversé le premier polariseur est ensuite modifié par une commande électrique sur un cristal liquide ou de façon plus générale sur un composant optoélectronique que traverse la lumière. Typiquement, la lumière ainsi polarisée est réfléchie par des micro miroirs et de nouveau le plan de polarisation de la lumière est modifié par son passage au travers du dispositif optoélectronique tel qu'un cristal liquide par exemple, et enfin la lumière traverse de nouveau le premier polariseur avant de sortir du pixel vers l'observateur. Par contre, suivant l'invention, la lumière polarisée par le premier polariseur frappe le polariseur transflectif qui est disposé à la place des micro miroirs utilisés dans les dispositifs connus, cette lumière polarisée aura un pourcentage de réflexion et un pourcentage de transmission par le second polariseur qui dépendra du plan de polarisation de ladite lumière. Dans un cas extrême, lorsque le plan de polarisation de la lumière issue du premier polariseur sera perpendiculaire à l'axe de polarisation du polariseur transflectif, la réflexion par le second polariseur sera de 100% et la transmission de 0%. Et dans un autre cas extrême, lorsque le plan de polarisation de la lumière issue du premier polariseur sera parallèle à l'axe de polarisation du second polariseur transflectif, la réflexion par ce second polariseur sera de 0% et la transmission de 100%. Des valeurs intermédiaires du plan de polarisation de la lumière donneront des valeurs intermédiaires quant aux pourcentages de réflexion et de transmission de 30 ladite lumière au travers du second polariseur transflectif.The fraction of light that passes through the transflective polarizer illuminates the photovoltaic surface under said transflective polarizer and the fraction of light that is reflected by the transflective polarizer illuminates the color filter placed above. This device is particularly interesting when it is integrated in the electronic screens composed of reflective pixels or transflective pixels. These screens actually have pixels that contain surfaces that reflect ambient light, said ambient light having been polarized a first time by passing through a first polarizer. The plane of polarization of the light that has passed through the first polarizer is then modified by an electrical control on a liquid crystal or more generally on an optoelectronic component through which the light passes. Typically, the light thus polarized is reflected by micro mirrors and again the plane of polarization of the light is modified by its passage through the optoelectronic device such as a liquid crystal, for example, and finally the light passes through the first again. polarizer before leaving the pixel to the observer. In contrast, according to the invention, the light polarized by the first polarizer strikes the transflective polarizer which is arranged in place of the micro mirrors used in the known devices, this polarized light will have a percentage of reflection and a percentage of transmission by the second polarizer which will depend on the plane of polarization of said light. In an extreme case, when the plane of polarization of the light coming from the first polarizer will be perpendicular to the polarization axis of the transflective polarizer, the reflection by the second polarizer will be 100% and the transmission of 0%. And in another extreme case, when the plane of polarization of the light from the first polarizer will be parallel to the polarization axis of the second transflective polarizer, the reflection by the second polarizer will be 0% and the transmission of 100%. Intermediate values of the light polarization plane will give intermediate values as to percentages of reflection and transmission of said light through the second transflective polarizer.
Dans le cas particulier où le premier polariseur et le second polariseur qui est transflectif ont leurs axes de polarisation parallèles, et lorsque le cristal liquide n'est pas actif donc ne modifie pas le plan de polarisation de la lumière, il y aura transmission totale de la lumière ambiante vers la surface photovoltaïque située sous le second polariseur transflectif. Inversement, lorsque le cristal liquide modifie de 90° le plan de polarisation de la lumière issue du premier polariseur, alors il y aura réflexion totale de la lumière issue du premier polariseur, par le second polariseur. Dans l'autre cas particulier où le premier polariseur et le second polariseur 10 transflectif ont leurs axes de polarisation perpendiculaires, alors le phénomène de transmission totale de la lumière vers la surface photovoltaïque ou la réflexion totale de la lumière est inversé. Par conséquent, lorsque le cristal liquide n'est pas actif donc ne modifie pas le plan de polarisation de la lumière, il y aura réflexion totale de la lumière issue du 15 premier polariseur et la surface photovoltaïque située sous le second polariseur transflectif ne recevra aucune lumière. Inversement, lorsque le cristal liquide modifie de 900 le plan de polarisation de la lumière issue du premier polariseur, alors il y aura transmission totale de la lumière issue du premier polariseur à travers le second polariseur et vers la surface 20 photovoltaïque recevra 100 % de la lumière. Dans un cas particulier, le second polariseur transflectif est dichroïque, c'est à dire qu'il ne réfléchit qu'une partie du spectre de la lumière qu'il reçoit et ne transmet qu'une autre partie du spectre. Dans ce cas le second polariseur fait office de filtre coloré, ce qui implique qu'il remplace les filtres colorés typiquement associés 25 à ce genre de pixels. Dans le cas des écrans transflectifs, les pixels colorés sont traversés d'une part par une lumière artificielle émise à l'arrière des pixels qui traverse lesdits pixels de l'arrière vers le devant, et d'autre part par la lumière ambiante qui traverse lesdits pixels tout d'abord du devant vers l'arrière, puis cette lumière est réfléchie par une 30 surface miroir qui redirige la lumière de l'arrière vers le devant des pixels.In the particular case where the first polarizer and the second polarizer which is transflective have their parallel axes of polarization, and when the liquid crystal is not active and therefore does not modify the plane of polarization of the light, there will be total transmission of ambient light to the photovoltaic surface under the second transflective polarizer. Conversely, when the liquid crystal modifies by 90 ° the plane of polarization of the light from the first polarizer, then there will be total reflection of the light from the first polarizer, by the second polarizer. In the other particular case where the first polarizer and the second transflective polarizer have their perpendicular axes of polarization, then the phenomenon of total transmission of light to the photovoltaic surface or the total reflection of the light is reversed. Consequently, when the liquid crystal is not active and therefore does not modify the plane of polarization of the light, there will be total reflection of the light coming from the first polarizer and the photovoltaic surface situated under the second transflective polarizer will receive no light. Conversely, when the liquid crystal changes the plane of polarization of light from the first polarizer by 900, then there will be total transmission of light from the first polarizer through the second polarizer and to the photovoltaic surface will receive 100% of the light. In a particular case, the second transflective polarizer is dichroic, ie it only reflects part of the spectrum of the light it receives and transmits only another part of the spectrum. In this case the second polarizer serves as a color filter, which implies that it replaces the color filters typically associated with this kind of pixels. In the case of transflective screens, the colored pixels are crossed on the one hand by an artificial light emitted behind the pixels that passes through said pixels from the back to the front, and on the other hand by the ambient light that passes through said pixels first from the front to the back, and then this light is reflected by a mirror surface that redirects the light from the back to the front of the pixels.
Dans ces deux cas la luminosité des pixels est contrôlée individuellement par un premier polariseur placé devant le pixel, par un deuxième polariseur réflectif et par un dispositif optoélectronique comme un cristal liquide transparent placé entre les deux polariseurs, et qui fait tourner le plan de polarisation de la lumière afin de contrôler l'absorption de ladite lumière par lesdits polariseurs. Selon une variante avantageuse du dispositif de l'invention, le deuxième polariseur est transflectif sur au moins une partie de sa surface, et la partie complémentaire est transparente de manière à laisser passer un rétro éclairage. Une surface photovoltaïque est positionnée en dessous de la partie transflective.In these two cases, the brightness of the pixels is controlled individually by a first polarizer placed in front of the pixel, by a second reflective polarizer and by an optoelectronic device such as a transparent liquid crystal placed between the two polarizers, and which rotates the polarization plane of the light to control the absorption of said light by said polarizers. According to an advantageous variant of the device of the invention, the second polarizer is transflective on at least a portion of its surface, and the complementary portion is transparent so as to pass a backlight. A photovoltaic surface is positioned below the transflective part.
Lorsqu'une des couleurs du pixel doit s'assombrir, le cristal liquide correspondant, ou équivalent, fait tourner le plan de polarisation de la lumière qui vient du devant afin qu'une partie plus importante de cette lumière polarisée passe au travers dudit polariseur transflectif et soit absorbée par la surface photovoltaïque. Inversement lorsqu'une des couleurs du pixel doit s'éclaircir, le cristal liquide 15 correspondant fait tourner l'axe de polarisation de la lumière qui vient du devant afin qu'une plus grande partie de cette lumière polarisée soit réfléchie par ledit polariseur transflectif et ressorte par le devant donc vers l'observateur. Le contrôle de la luminosité des pixels se fait aussi et en même temps par le contrôle de la part de lumière qui traverse lesdits pixels au travers de celles des 20 surfaces du second polariseur qui sont transparentes. A cet endroit, lorsque le pixel doit s'assombrir, le cristal liquide fait tourner le plan de polarisation de la lumière qui vient de l'arrière afin qu'une partie plus importante de cette lumière polarisée soit absorbée par le polariseur du devant. Inversement, lorsque le pixel doit s'éclaircir, le cristal liquide fait tourner le 25 plan de polarisation de la lumière qui vient de l'arrière afin qu'une plus grande partie de cette lumière polarisée passe au travers du polariseur du devant et ressorte donc vers l'observateur. Afin que l'effet du cristal liquide sur l'assombrissement ou l'éclaircissement d'un pixel soit identique sur sa partie réfléchissante et sur sa partie transparente, la 30 partie transparente constitue un troisième polariseur pour la lumière rétro éclairée, et 3012 62 8 6 son axe de polarisation est de préférence perpendiculaire à l'axe de polarisation deuxième polariseur. Il est clair que pour aboutir à d'autres effets optiques recherchés, d'autres combinaisons sont possibles quant aux polarisations respectives du polariseur 5 transflectif et des polariseurs transmissifs (le premier et le troisième), et l'exemple décrit ci-dessus ne limite en rien la portée du dispositif de base de l'invention. Dans un mode particulier de réalisation, le premier polariseur est constitué d'un réseau de bandes photovoltaïques parallèles dont les épaisseurs et les intervalles sont inférieurs à 400 nm. Ainsi le premier polariseur absorbera 50% de la 10 lumière ambiante par des cellules photovoltaïques polarisantes qui produiront un complément d'électricité au dispositif. Dans un mode particulier de réalisation, les pixels selon l'invention sont éclairés par le devant d'une part par la lumière ambiante et d'autre part par un éclairage latéral à l'écran dont la lumière d'émission est guidée et se répartit sur toute la surface avant de l'écran en se propageant dans l'épaisseur d'une plaque transparente disposée devant ledit écran. Dans ce mode particulier de réalisation une partie de la lumière émise par l'éclairage latéral sera donc absorbée par les cellules photovoltaïques et produira une énergie électrique qui pourra être stockée dans une batterie et/ou qui pourra alimenter au moins en partie les lampes de l'éclairage latéral. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est maintenant décrite plus en détails à l'aide de la description 25 des figures 1 à 6 indexées. La figure 1 est un schéma en coupe des différents constituants du dispositif lorsque celui-ci est en mode réflexion totale. La figure 2 est un schéma en coupe des différents constituants du dispositif lorsque celui-ci est en mode transparence totale. 30 La figure 3 est un schéma en coupe des différents constituants du dispositif lorsque celui - ci est intégré à un pixel de type transflectif en mode lumineux total.When one of the colors of the pixel is to darken, the corresponding liquid crystal, or equivalent, rotates the polarization plane of the light coming from the front so that a larger portion of this polarized light passes through said transflective polarizer. and is absorbed by the photovoltaic surface. Conversely, when one of the colors of the pixel is to be lightened, the corresponding liquid crystal 15 rotates the polarization axis of the light coming from the front so that a greater part of this polarized light is reflected by said transflective polarizer and then come out in front of the observer. Pixel brightness control is also done at the same time by controlling the portion of light passing through said pixels through those of the surfaces of the second polarizer which are transparent. At this point, when the pixel has to darken, the liquid crystal rotates the plane of polarization of the light that comes from behind so that a larger portion of this polarized light is absorbed by the polarizer of the front. Conversely, as the pixel becomes lighter, the liquid crystal rotates the polarization plane of the light that comes from behind so that a greater portion of this polarized light passes through the front polarizer and thus comes out. towards the observer. In order for the effect of the liquid crystal on the darkening or lightening of a pixel to be identical on its reflective part and on its transparent part, the transparent part constitutes a third polarizer for the backlit light, and 3012 62 8 Its axis of polarization is preferably perpendicular to the second polarizer polarization axis. It is clear that to achieve other desired optical effects, other combinations are possible with respect to the respective polarizations of the transflective polarizer and the transmissive polarizers (the first and the third), and the example described above limits in no way the scope of the basic device of the invention. In a particular embodiment, the first polarizer consists of a network of parallel photovoltaic strips whose thicknesses and intervals are less than 400 nm. Thus the first polarizer will absorb 50% of the ambient light by polarizing photovoltaic cells which will produce additional electricity to the device. In a particular embodiment, the pixels according to the invention are illuminated by the front on the one hand by the ambient light and on the other hand by lateral illumination on the screen whose emission light is guided and distributed over the entire front surface of the screen propagating in the thickness of a transparent plate disposed in front of said screen. In this particular embodiment, part of the light emitted by the side lighting will therefore be absorbed by the photovoltaic cells and will produce electrical energy that can be stored in a battery and / or that can supply at least some of the lamps of the side lighting. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention is now described in more detail with reference to the description of the indexed FIGS. 1 to 6. Figure 1 is a sectional diagram of the various components of the device when it is in total reflection mode. Figure 2 is a sectional diagram of the various components of the device when it is in total transparency mode. Figure 3 is a sectional diagram of the various components of the device when it is integrated with a transflective type pixel in total light mode.
La figure 4 est un schéma en coupe des différents constituants du dispositif lorsque celui - ci est intégré à un pixel de type transflectif en mode sombre total. La figure 5 est un schéma en coupe du dispositif lorsque celui-ci est éclairé par le devant par une lumière guidée par une plaque transparente.Figure 4 is a sectional diagram of the various components of the device when it is integrated with a transflective type pixel in total dark mode. Figure 5 is a sectional diagram of the device when it is illuminated from the front by a light guided by a transparent plate.
La figure 6 illustre trois exemples d'intégration du dispositif dans des écrans d'affichage électronique. En référence aux figures 1 et 2, le dispositif d'affichage de type réflectif est composé d'un premier polariseur (1), d'un deuxième polariseur (2) qui a la caractéristique d'être transflectif c'est-à-dire qui réfléchit la lumière dont l'axe de polarisation n'est pas identique à l'axe de polarisation dudit polariseur (2) et laisse passer la lumière dont l'axe de polarisation est identique à l'axe de polarisation du polariseur, un cristal liquide (21a,21b) ou autre composant électro-optique apte à modifier l'axe de polarisation de la lumière (11) qui le traverse lorsqu'une tension électrique est appliquée aux bornes de ses électrodes (5,6), un filtre coloré (F) en général de couleur rouge (R), verte (V) ou bleue (B), un substrat transparent (3,4) pour encapsuler ces différentes couches, et une cellule photovoltaïque (8) positionnée sous le deuxième polariseur transflectif (2), par rapport à la lumière incidente (11).Figure 6 illustrates three examples of integration of the device into electronic display screens. With reference to FIGS. 1 and 2, the reflective type display device is composed of a first polarizer (1), a second polarizer (2) which has the characteristic of being transflective, that is to say which reflects light whose polarization axis is not identical to the axis of polarization of said polarizer (2) and passes light whose polarization axis is identical to the polarization axis of the polarizer, a crystal liquid (21a, 21b) or other electro-optical component adapted to modify the polarization axis of the light (11) which passes through it when an electric voltage is applied across its electrodes (5, 6), a colored filter (F) in general of red (R), green (V) or blue (B), a transparent substrate (3,4) for encapsulating these different layers, and a photovoltaic cell (8) positioned under the second transflective polarizer ( 2), with respect to the incident light (11).
Le polariseur transflectif (2) a de préférence son axe de polarisation qui est perpendiculaire à celui du premier polariseur (1). La lumière ambiante (11) qui entre dans le dispositif se polarise au passage du premier polariseur (1), puis traverse le filtre coloré (F) et le cristal liquide qui est soit dans un état neutre (figure 1, 21a) de sorte que la lumière incidente (11) polarisée n'est pas modifiée, se réfléchit en totalité à la surface du deuxième polariseur (2) et ressort du dispositif (12a), soit le liquide cristal est dans un état actif (figure 2, 21b) de sorte que la lumière incidente (11) polarisée est modifiée et pour une partie (14) traverse le deuxième polariseur (2) et pour une autre partie (12b) se réfléchit à sa surface et ressort du dispositif. La part de lumière (14) qui traverse le deuxième polariseur transflectif (2) 30 illumine la cellule photovoltaïque (8) qui est placée en dessous. La part de lumière (14) reçue par la cellule photovoltaïque (8) dépend donc de l'état dans lequel est positionné le dispositif, à savoir soit en mode réflectif lumineux total (figure 1) soit en mode d'absorption sombre partiel (figure 2), soit en mode d'absorption sombre total (non illustré). La part de lumière (14) reçue en moyenne par la cellule photovoltaïque (8) 5 dépendra donc de la luminosité moyenne des images qui seront affichées, à savoir que plus les images comporteront de pixels sombres et plus la part de lumière (14) reçue par la cellule photovoltaïque (8) sera importante. Les figures 3 et 4 illustrent un mode particulier de réalisation dans lequel le dispositif d'affichage photovoltaïque est à la fois transflectif, et retro éclairé. Il est 10 composé d'un premier polariseur (1), d'au moins un deuxième polariseur transflectif (2) sous lequel est positionnée une cellule photovoltaïque (8), d'un troisième polariseur (9), d'un cristal liquide (21a,21b) placé entre le premier polariseur (1) et le deuxième polariseur transflectif (2) et d'une source de lumière de rétro éclairage (10) placée derrière le troisième polariseur (9), de sorte que la lumière (13a,13b) émise 15 par la source du rétro éclairage (10) se polarise en traversant le troisième polariseur (9), puis traverse le cristal liquide (21a,21b), puis traverse en partie le premier polariseur (1) en fonction de son axe de polarisation donc en fonction de l'état d'activation du cristal liquide (21a, 21b). Cette fonction de rétro éclairage du pixel par l'intermédiaire du premier 20 polariseur (1) et du troisième (9) polariseur est complémentaire avec la fonction d'éclairage réflectif du pixel par l'intermédiaire du premier polariseur (1) et du deuxième polariseur transflectif (2) qui fonctionnent suivant le principe des figures 1 et 2 déjà décrites précédemment (les substrats, filtre et électrodes n'étant pas illustrés pour des raisons de clarté dans les figures 3 et 4). 25 Les axes de polarisation des trois polariseurs sont de préférence positionnés pour que les axes de polarisation du premier polariseur (1) et du deuxième polariseur (2) soient perpendiculaires et pour que les axes de polarisation du premier polariseur (1) et du troisième polariseur (9) soient parallèles, de manière à ce que lorsque le cristal liquide est non actif (figure 3, 21a) la lumière ambiante (11) est réfléchie 30 (12a) par le deuxième polariseur (2) et la lumière (13a) émise par le rétro éclairage (10) traverse complètement le premier polariseur (1), et de manière à ce que lorsque le cristal liquide est actif (figure 4, 21b) la lumière ambiante (11) n'est réfléchie qu'en partie (12b) par le deuxième polariseur (2) et la lumière (13b) émise par le rétro éclairage (10) ne traverse qu'en partie le premier polariseur (1). Suivant cette configuration des trois polariseurs, l'activation du cristal liquide 5 (21b) provoque à la fois l'assombrissement (12b) de la lumière ambiante (11) et la réduction de la lumière (13b) du rétro éclairage (10), ce qui permet de commander efficacement la luminosité du pixel quelle que soit la luminosité ambiante. Il est à noter que l'on pourrait utiliser en variante un seul polariseur et des pixels LCD cholestériques, mais leur vitesse de réactivité est beaucoup plus faible 10 que les LCD utilisés ici (environ 0,7 seconde pour le cholestérique, et moins de 10 millisecondes pour les LCD standards). Une autre variante du dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque consiste à remplacer le premier polariseur (1) par un polariseur qui sera réflectif sur sa face arrière. Dans ce cas la lumière de rétro éclairage qui ne traversera pas le premier 15 polariseur réflectif sera réfléchie (figure 4, référence 15) vers le deuxième polariseur (2) et éclairera en partie la cellule photovoltaïque (8), ce qui augmentera son efficacité. La figure 5 illustre un mode de réalisation particulier dans lequel une source de lumière (16) est injectée dans l'épaisseur d'une plaque transparente (17) qui est 20 positionnée sur le devant d'un écran d'affichage réflectif photovoltaïque selon l'invention. Seuls trois dispositifs juxtaposés ayant des filtres colorés rouge (R) vert (V) et bleu (B) ont été dessinés sur cette figure. Une des faces de la plaque transparente est structurée optiquement, par exemple par un réseau de rayures, de lentilles ou de prismes (non illustrés) de manière à faire sortir la lumière (24) qui se 25 propage dans l'épaisseur de la plaque (17) vers le devant des pixels de l'écran. Cet éclairage (24) des pixels par la face avant traverse le premier polariseur (1), le filtre coloré (R,V,B) et le cristal liquide (21a,21b,21c) de chaque pixel puis est plus ou moins réfléchi (12a, 12b) à la surface du deuxième polariseur transflectif (2) en fonction de l'angle de polarisation de chaque rayon lumineux (23a,23b,23c) résultant 30 de l'activité desdits cristaux liquides (21a,21b,21c).The transflective polarizer (2) preferably has its polarization axis which is perpendicular to that of the first polarizer (1). The ambient light (11) which enters the device is polarized at the passage of the first polarizer (1), then passes through the color filter (F) and the liquid crystal which is either in a neutral state (Figure 1, 21a) so that the polarized incident light (11) is not modified, is entirely reflected on the surface of the second polarizer (2) and comes out of the device (12a), ie the crystal liquid is in an active state (Figure 2, 21b) of so that the polarized incident light (11) is modified and for a portion (14) passes through the second polarizer (2) and for another portion (12b) is reflected on its surface and spring of the device. The portion of light (14) passing through the second transflective polarizer (2) illuminates the photovoltaic cell (8) which is placed below. The portion of light (14) received by the photovoltaic cell (8) therefore depends on the state in which the device is positioned, namely either in total light reflective mode (FIG. 1) or in partial dark absorption mode (FIG. 2), or in total dark absorption mode (not shown). The portion of light (14) received on average by the photovoltaic cell (8) 5 will therefore depend on the average brightness of the images that will be displayed, namely, the more the images will comprise dark pixels, and the greater the portion of light (14) received. by the photovoltaic cell (8) will be important. Figures 3 and 4 illustrate a particular embodiment in which the photovoltaic display device is both transflective and backlit. It is composed of a first polarizer (1), at least a second transflective polarizer (2) under which is positioned a photovoltaic cell (8), a third polarizer (9), a liquid crystal ( 21a, 21b) placed between the first polarizer (1) and the second transflective polarizer (2) and a backlight light source (10) placed behind the third polarizer (9), so that the light (13a, 13b) emitted by the source of the backlight (10) is polarized by passing through the third polarizer (9), then passes through the liquid crystal (21a, 21b), then crosses in part the first polarizer (1) according to its axis of polarization therefore depending on the activation state of the liquid crystal (21a, 21b). This backlighting function of the pixel via the first polarizer (1) and the third (9) polarizer is complementary to the reflective lighting function of the pixel via the first polarizer (1) and the second polarizer. transflective (2) which operate according to the principle of Figures 1 and 2 already described above (the substrates, filter and electrodes are not illustrated for the sake of clarity in Figures 3 and 4). The polarization axes of the three polarizers are preferably positioned so that the polarization axes of the first polarizer (1) and the second polarizer (2) are perpendicular and for the polarization axes of the first polarizer (1) and the third polarizer (9) are parallel, so that when the liquid crystal is inactive (Fig. 3, 21a) the ambient light (11) is reflected (12a) by the second polarizer (2) and the light (13a) emitted by the backlight (10) passes completely through the first polarizer (1), and so that when the liquid crystal is active (Figure 4, 21b) the ambient light (11) is reflected only partially (12b ) by the second polarizer (2) and the light (13b) emitted by the backlight (10) only partially crosses the first polarizer (1). According to this configuration of the three polarizers, the activation of the liquid crystal 5 (21b) causes both the darkening (12b) of the ambient light (11) and the reduction of the light (13b) of the backlight (10), which makes it possible to effectively control the brightness of the pixel regardless of the ambient brightness. It should be noted that a single polarizer and cholesteric LCD pixels could alternatively be used, but their rate of reactivity is much lower than the LCDs used here (about 0.7 seconds for cholesteric, and less than 10 milliseconds for standard LCDs). Another variant of the reflective and photovoltaic display device consists in replacing the first polarizer (1) by a polarizer which will be reflective on its rear face. In this case, the backlighting light which will not cross the first reflective polarizer will be reflected (FIG. 4, reference 15) towards the second polarizer (2) and will partially illuminate the photovoltaic cell (8), which will increase its efficiency. FIG. 5 illustrates a particular embodiment in which a light source (16) is injected into the thickness of a transparent plate (17) which is positioned on the front of a photovoltaic reflective display screen according to FIG. 'invention. Only three juxtaposed devices having red (R) green (V) and blue (B) color filters have been drawn in this figure. One of the faces of the transparent plate is optically structured, for example by a network of scratches, lenses or prisms (not shown) so as to release the light (24) which propagates in the thickness of the plate ( 17) to the front of the screen pixels. This illumination (24) of the pixels by the front face passes through the first polarizer (1), the color filter (R, V, B) and the liquid crystal (21a, 21b, 21c) of each pixel and is more or less reflected ( 12a, 12b) on the surface of the second transflective polarizer (2) as a function of the polarization angle of each light beam (23a, 23b, 23c) resulting from the activity of said liquid crystals (21a, 21b, 21c).
La lumière non réfléchie par le deuxième polariseur réflectif (2) traverse plus ou moins ledit polariseur (2) en fonction de son plan de polarisation puis illumine la cellule photovoltaïque (8) qui est placée derrière ledit polariseur (2). Ce mode de réalisation particulier montre par ailleurs qu'une cellule photovoltaïque unique (8) ainsi qu'un premier polariseur unique (1) et un deuxième polariseur transflectif unique (1) peuvent être communs à plusieurs pixels, voire mutualisés pour la totalité des pixels de l'écran d'affichage, ce qui évite dans ce cas les nombreuses soudures nécessaires pour constituer l'assemblage électrique d'une pluralité de cellules photovoltaïques.Light not reflected by the second reflective polarizer (2) passes more or less said polarizer (2) according to its polarization plane and then illuminates the photovoltaic cell (8) which is placed behind said polarizer (2). This particular embodiment also shows that a single photovoltaic cell (8) as well as a first single polarizer (1) and a second single transflective polarizer (1) may be common to several pixels, or even shared for all the pixels. of the display screen, which in this case avoids the many welds necessary to form the electrical assembly of a plurality of photovoltaic cells.
La figure 6 illustre que le dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque selon l'invention peut s'intégrer dans tout appareil destiné à afficher une image électronique qui sera éclairée par la lumière ambiante solaire (22) ou artificielle, comme par exemple un téléphone portable (18), un livre électronique (19) ou un ordinateur (20), ou bien encore comme autres exemples (non illustrés) : un GPS, une montre, un panneau publicitaire, une enseigne commerciale, un panneau de signalisation, une télévision. On décrit maintenant un exemple concret de réalisation : l'écran d'affichage d'un livre électronique (Figure 6, référence 19) est rectangulaire, fait 15 x 20 cm, et est composé d'une multitude de pixels réflectifs colorés et positionnés suivant un réseau maillé organisé de lignes rectilignes verticales et horizontales. Chaque pixel (Figure 5) est composé de trois dispositifs juxtaposés, rectangulaires de dimensions 50 par 100 microns, chacun d'eux ayant un filtre coloré différent, rouge (R), vert (V) et bleu (B). Chaque filtre coloré (R,V,B) est encapsulé dans un empilement de couches optiques (Figure 1) comprenant, en partant du dessous: une surface photovoltaïque (8), un polariseur arrière transflectif (2), un substrat en verre (4), une électrode arrière (6), un liquide cristal (21a), une électrode avant (5), un filtre coloré (F), un substrat verre (3) et un autre polariseur (1) ou polariseur avant. Le polariseur du dessous (2) est transréflectif et est composé d'un alignement de bandes d'aluminium parallèles espacées de 250 nm qui provoquent la polarisation rectiligne parallèle aux dites bandes de 50% de la lumière naturelle qui le traverse et provoquent la polarisation rectiligne à 90° desdites bandes de 50% de la lumière naturelle qu'il réfléchit. Le premier polariseur (1) est un polariseur organique qui absorbe 50% de la lumière naturelle qui le traverse. Les deux polariseurs couvrent la totalité de la surface de l'écran et sont positionnés de manière à ce que leurs axes de polarisation soient perpendiculaires. Lorsque l'écran est noir, en totalité non réflectif, la cellule photovoltaïque (Figure 5, référence 8) reçoit un maximum de lumière ambiante (22) soit environ 40% de celle-ci, le reste de la lumière non reçue par la cellule (8) étant absorbé par les autres couches du dispositif et notamment par le premier polariseur (1). Lorsque l'écran (19) est blanc, en totalité réflectif, la cellule photovoltaïque (Figure 5, référence 8) reçoit un minimum de lumière ambiante (22) soit environ 4% de celle-ci, le reste de la lumière non reçue par la cellule (8) étant en grande partie réfléchi par le deuxième polariseur réflectif (2) et absorbé par le premier polariseur (1). L'affichage successif d'une multitudes d'images colorées provoquera une transparence moyenne du dispositif pour la lumière ambiante qui sera de l'ordre de 22% ce qui correspond à une moyenne entre une transparence maximale de 40% et une transparence minimale de 4%. Ces 22% de la lumière ambiante seront donc reçus par la cellule photovoltaïque qui transformera cette énergie en électricité. AVANTAGES DE L'INVENTION En définitive l'invention répond bien aux buts fixés en permettant d'intégrer dans un écran d'affichage réflectif ou transflectif une surface photovoltaïque plus importante sans modifier la qualité visuelle des images affichées. 25FIG. 6 illustrates that the reflective and photovoltaic display device according to the invention can be integrated into any device intended to display an electronic image which will be illuminated by solar ambient light (22) or artificial light, such as for example a mobile telephone (18), an electronic book (19) or a computer (20), or else other examples (not shown): a GPS, a watch, a billboard, a commercial sign, a sign, a television. We now describe a concrete example of embodiment: the display screen of an electronic book (Figure 6, reference 19) is rectangular, made 15 x 20 cm, and is composed of a multitude of colored reflective pixels and positioned according to an organized mesh network of vertical and horizontal rectilinear lines. Each pixel (Figure 5) is composed of three juxtaposed devices, rectangular size 50 per 100 microns, each of them having a different color filter, red (R), green (V) and blue (B). Each color filter (R, G, B) is encapsulated in a stack of optical layers (FIG. 1) comprising, from below: a photovoltaic surface (8), a transflective rear polarizer (2), a glass substrate (4) ), a rear electrode (6), a crystal liquid (21a), a front electrode (5), a color filter (F), a glass substrate (3) and another polarizer (1) or front polarizer. The bottom polarizer (2) is transreflective and is composed of an array of parallel aluminum strips spaced 250 nm apart which causes the linear polarization parallel to said bands by 50% of the natural light that passes through it and causes the rectilinear polarization at 90 ° of said strips of 50% of the natural light that it reflects. The first polarizer (1) is an organic polarizer that absorbs 50% of the natural light that passes through it. Both polarizers cover the entire surface of the screen and are positioned so that their polarization axes are perpendicular. When the screen is black, completely nonreflective, the photovoltaic cell (Figure 5, reference 8) receives a maximum of ambient light (22) or about 40% of it, the rest of the light not received by the cell (8) being absorbed by the other layers of the device and in particular by the first polarizer (1). When the screen (19) is white, all reflective, the photovoltaic cell (Figure 5, reference 8) receives a minimum of ambient light (22) or about 4% of it, the rest of the light not received by the cell (8) being largely reflected by the second reflective polarizer (2) and absorbed by the first polarizer (1). The successive display of a multitude of colored images will cause an average transparency of the device for the ambient light which will be of the order of 22%, which corresponds to an average between a maximum transparency of 40% and a minimum transparency of 4. %. This 22% of the ambient light will therefore be received by the photovoltaic cell which will transform this energy into electricity. BENEFITS OF THE INVENTION Finally the invention responds well to the goals set by allowing to integrate in a reflective or transflective display screen a larger photovoltaic surface without changing the visual quality of the images displayed. 25
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|---|---|
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