JP2014509405A - 明るさが改善された一体型光起電力セルを有するディスプレイデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】光起電力がアクティブな面積の高い割合とディスプレイの強い明るさとを結びつけるディスプレイスクリーンを提供する。
【解決手段】（ａ）発光するまたは画像ゾーン（４）のアレイ（３）の背後に設置された光源により背面照明される画像ゾーン（４）のアレイ（３）と；（ｂ）複数の光起電力セル（７、８）および複数のオリフィス（１３）によって形成され、隣接する二つの光起電力セルが一つのオリフィスを形成しているアレイ（６）と；（ｃ）隣接する二つの光起電力セル（７、８）間のオリフィスの中に前記画像ゾーン（４）により発出される光を集束させることを可能にするレンズアレイ（５）とを含み、前記レンズアレイ（５）が前記画像ゾーン（４）の前記アレイ（３）と光起電力セル（７、８）の前記アレイ（６）との間に位置づけされていることを特徴とするデジタルディスプレイスクリーン（１）、特に一体型光起電力セル付きディスプレイデバイス。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスプレイデバイスの分野、そしてより詳細にはバックライト型（ｒｅｔｒｏ−ｅｃｌａｉｒｅ）ディスプレイスクリーンの分野に関する。背面照明される（ｒｅｔｒｏ−ｅｃｌａｉｒｅ）多数のピクセルを有するこのようなスクリーンは、かなり以前から公知であり、テレビ、コンピュータおよび小型ポータブルデバイス、例えば携帯電話、ゲームコンソールおよび計算機などにおいて使用されている。

ここで「背面照明された」画像ゾーンとは、背後から照明する光源の前に位置づけされた画像ゾーンを意味する。画像ゾーンは、例えば一つのピクセル、複数のピクセルまたは一つのピクセル（例えば液晶ピクセル）の一部分、さらには一つの画像が印刷されたフィルムバンドであり得る。バックライト型スクリーンにおいて、散乱光源は、ピクセルの面の背後に配置されることにより、コントラストを改善する。

ポータブルデバイスは一般に、バッテリ電源を利用し、このバッテリの自律稼働時間は、利用快適性の重要な要因である。この自律稼働時間を延長する目的で、ポータブルデバイスの作動に必要な電流の一部分を生成する光電池がこれらの前記デバイス内に一体化された。前記ポータブルデバイスの外側表面に光電池を配置するために利用可能な空間が大幅に削減されているのであれば、ディスプレイスクリーン内に光電池を一体化することが望ましい。

現状技術で、このような一体化のための実施例がいくつか示されている。第一のアプローチは、半透明の光起電力セルを被着させることからなる（欧州特許第１１７４７５６号明細書（ＥＴＡ）、米国特許第７，２０６，０４４号明細書（Ｍｏｔｏｒｏｌａ）、国際公開第２００９／０５２３２６号、米国特許出願公開第２０１０／２８４０５５号明細書、国際公開第２００９／０６５０６９号（Ｑｕａｌｃｏｍｍ）、米国特許出願公開第２０１０／２４５７３１号明細書（Ｉｎｔｅｌ）参照）。別のアプローチは、ピクセルに由来する光が間を通過する、バンドの形をした複数の光起電力層を被着させることからなる（米国特許出願公開第２００２／０１１９５９２号明細書（ＢＰ）、米国特許第４，７９５，５００号明細書（Ｓａｎｙｏ）、国際公開第２００９／０９８４５９号（Ｍ−Ｓｏｌｖ）参照）。これらのアプローチは全て、低い明るさのスクリーンをもたらすか、あるいは所与のセルのタイプについては、変換されるエネルギーに正比例する光起電力セルの表面積が小さくなる。

米国特許出願公開第２００７／０１０２０３５号明細書（Ｘ．Ｙａｎｇ）は、このような一体化のための別のアプローチを示しており、このアプローチでは、スクリーンの表面に配置されたゾーンを覆う光電池が周辺散乱光を収集し、一方、ディスプレイスクリーンの背後に配置されたレンズ系が、光電池で覆われていないゾーンにバックライト光を集束する。

しかしながら、これらの光電池は、それらが中に一体化されるスクリーンの明るさも画像形成特性も劣化させてはならず、この理由から、これらの光電池に利用可能な合計面積は、実際、非常に削減されている。したがって、光電池の幅は、二個のピクセル間の空間、すなわちスクリーンの解像度を改善するために最小限にすることが望まれる空間を有意に上回ってはならない。光電池がさらに大きい場合、また、ましてや、上述の米国特許出願公開第２００７／０１０２０３５号明細書の実施形態の場合のように光電池がピクセルの表面を部分的に覆っている場合、スクリーンによって生成される画像の解像度および明るさは劣化した状態となる。この同文書には、ピクセルアレイが上に存在する基板とバックライトの光源との間に位置するレンズによって、光電池間の空間内にバックライト光が集束される、別の実施形態が含まれている。この実施形態は、レンズの極めて精確な位置づけを、その側方位置に関してだけでなく特に光電池との関係における距離に関しても同時に必要とする、という欠点を呈する。その上、この実施形態では、スクリーンのピクセルを形成する液晶を制御する電界効果トランジスタの基板内に、直接バックライト用の光源を一体化させることができない。

したがって本発明は、光起電力がアクティブな面積の高い割合とディスプレイの強い明るさとを結びつける、一体型光起電力セルを有するディスプレイスクリーンを提示しようとするものである。好ましくは、この光起電力セルの一体化は、公知のスクリーン設計を利用可能にするために、ディスプレイスクリーン、特に「ピクセル制御」部分の設計に実質的な修正を加えることを必要としない。

本発明の枠内で、この課題は、三つの本質的な要素、すなわち、画像を生成するピクセルアレイ、複数の光起電力セル、およびレンズアレイを形成する複数のレンズを適切に組合せることによって解決される。これら三つの要素の各々は、一体型光起電力セル付きデジタルディスプレイスクリーンを形成するための、その形状、その寸法、およびその互いに対する位置づけを特徴としている。

本発明の第一の目的は、一体型光起電力セル付きのディスプレイデバイス、特にデジタルディスプレイスクリーンであって、該デバイスは、
（ａ）発光する、または画像ゾーンのアレイの背後に設置された光源により背面照明される、画像ゾーンのアレイと、
（ｂ）複数の光起電力セルと複数のオリフィスによって形成され、隣接する二つの光起電力セルが一つのオリフィスを形成しているアレイと、
（ｃ）隣接する二つの光起電力セル間のオリフィスの中に、前記画像ゾーンにより発出される光を集束させることを可能にするレンズアレイと、
を含み、前記レンズアレイが前記画像ゾーンアレイと前記光起電力セルアレイとの間に位置づけされていることを特徴とする、ディスプレイデバイスである。

本発明に係るデバイスは、画像ゾーンアレイを含む。これはピクセルであってよい。「ピクセル」という用語は、ここでは、単一の色の個別のピクセル、あるいは、各ゾーンによって発出される強度に応じて決定される一つの色の光スポットを作り出すために協働するピクセルの複数の部分（典型的には三つ、詳しくは、青色、赤色および緑色）を包含する。これらの画像またはピクセルゾーンは、順序付けされたアレイを形成し、ピクセルによるディスプレイ技術は、当業者にとって公知である。本発明に係るスクリーンは、画像ゾーンアレイまたはピクセルアレイの背後に設置された光源を用いて背面照明され得（例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）タイプのスクリーンの場合、または好ましくは半透明の平行な印刷されたバンドの形をした画像ゾーンを含む広告パネルの場合）、および／またはピクセルは能動的に光を発出することもできる（例えば電子発光ピクセルの場合）。スクリーンは、ソフトスクリーンまたはハードスクリーンであり得る。これはその外部面にタッチ層またはタッチフィルムを有し、それによりタッチ手段を介したユーザーによるデータ入力を可能にすることができる。

別の実施形態において、画像ゾーン、ピクセルおよび／またはピクセルの一部分は、画像ゾーン、ピクセルおよび／またはピクセルの一部分の異なる群が異なる画像を生成するように順序付けされている。

本発明に係る装置は、さらに、画像ゾーンまたはピクセルに由来する光が通過できる複数のオリフィスを形成するかまたは含んでいる、複数の光起電力セルを含む。前記オリフィスは、任意の形状、例えば矩形または円形を有することができる。前記セルは、適切な基板上、例えばプレートまたはフィルム上に被着され得る。以下では、その基板上に被着された光起電力セルのことを「光起電力プレート」と呼ぶが、これは機械的に剛性であることを意味するものではない。反対に、前記基板は、軟質、可撓性であり得る。前記光起電力セルは任意の形状を有することができるが、好ましくは矩形である。これらの光起電力セルは、空のすなわち光起電力セルを有していないバンド（オリフィス）と交番する、平行なバンドの形を呈していてよい。これらのバンドの間隔は好ましくは等距離であり、順序付けされた一つのアレイを形成する。オリフィスによって、光起電力プレートは、部分的に透明になっており、光起電力プレートの外部光透過（Ｔ_ext）と呼ばれる透過は、大部分が、光起電力セルの占有する面積比およびその固有光透過によって決定される。

前記光起電力セルは、有利には、非晶質または微結晶シリコンベースの薄層光起電力セルであるが、これは、このタイプのセルが、低い強度の光（散乱光、室内光）を変換するのに特に適しているからである。しかし、これらの光起電力セルを他のあらゆる適切な技術で、例えばＣｄＴｅまたはＣＩＧＳ（銅−インジウム−ガリウム−セレン）ベースまたはポリマーベースで、実現することも同様に可能である。例えばこれは、ｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ型接合、さらにタンデムセル、すなわち光スペクトルの異なる一部分を優先的に吸収する二つの積層セルを有するものであってよい。これらのセルは、可視光および／または紫外線および／または赤外線を電気に変換するように構想されていてもよい。これらのセルは、少なくとも部分的に可視光に対し透明であり得る。これらのセルは、有利には反射防止層が備わった保護層で保護されていてよい。

本発明に係るデバイスは、同様に、複数のレンズをも含んでいる。ここで「レンズ」というのは、光線を偏向および／または集中または発散させる特性を有する、透明で等方性または非等方性の材料でできたあらゆるデバイスを意味する。ここで「レンズ」という用語はプリズムを含む。典型的には、この複数のレンズは、複数のレンズを有する一つのレンズフィルムまたはレンズプレートの形を呈している。これは円形の周囲を有するレンズであってよいが、光起電力セルのバンドに平行な長手方向軸を有する、複数の同一の直線レンズの並置を含むレンズアレイが好ましい。ここでは、その実施形態の如何に関わらず、この複数のレンズを「レンズプレート」または「レンズアレイ」と呼ぶ。

有利には、光起電力プレートの面、レンズアレイの面およびピクセルの面は、ほぼ平行であるが、これらの面は、特にスクリーンがソフトスクリーンである場合、（平行でありながら）湾曲していてよい。レンズプレートは、ＰＥＴなどの適切な透明プラスチック材料で製造されてよい。

本発明によると、レンズの形状、その光学特性、および光起電力プレートとの関係におけるレンズの位置づけは、画像ゾーン（例えばピクセルまたはピクセルの一部分）に由来しレンズを横断する光ビームが、レンズの出口において、典型的には光の偏向および／または集中の効果によって、隣接する二つの光起電力セル間のオリフィスを少なくとも部分的にただし好ましくは全面的に、このビームが横断できるようにする方向を有するようなものである。ピクセルに由来する光の強度の全体がオリフィス内を通過する場合、光起電力プレートの内部光透過（Ｔ_in）と呼ばれる透過は最大である。ただし、本発明の目的は、ピクセルに由来する光の一部分が光起電力プレートによって吸収されたとしても、達成可能である。典型的には、各々のレンズに、適切な形状およびサイズの一つのオリフィスが対応している。一般的に、一つのレンズプレートを形成する（そして有利には一つのレンズアレイを形成するように配置されている）複数のレンズは、適切なあらゆる形状および特性を有することができる。これは特に、平凸または両凸レンズ、さらには球面レンズおよび／または非球面レンズ、あるいは対称または非対称レンズ、またあるいは可変屈折率レンズであってよい。

より詳細には、画像ゾーンアレイは有利には、レンズプレートおよび光起電力プレートとの関係において、各画像ゾーンまたは画像ゾーンの一部分に由来しレンズプレートの対応するレンズが受けとる光がこのレンズによって偏向されおよび／または集中させられて、それにより光起電力プレートのオリフィスの一つの中を完全にまたは少なくとも大部分が通過することになるように、位置づけされている。

有利な一実施形態においては、前記レンズアレイは、光起電力セルバンドに平行な長手方向軸を有する、同一の直線レンズの並置を含む。

レンズプレートと光起電力プレート間の相互の通過時点での寄生反射を回避するために、二枚のプレートは接着されていてもよいし、または光起電力セルとレンズとを同時に有する単一のプレートのみを構成することもできる。

一般に、光起電力プレートの表面における周辺光の反射を少なくとも部分的に除去するために、光起電力プレートは少なくとも一つの反射防止層を有することができる。この用語は、ここでは、前記光起電力プレートの特定的なコーティングまたは表面処理、さらにまたは表面の光学的微細構造化、さらには異なる屈折率の層を有する多層コーティングを包含する。

本発明に係るデバイスは、好ましくは、光起電力プレートの高い内部透過（Ｔ_in）と低い外部透過（Ｔ_ext）を呈し、これは、以上で指摘したとおり、適切に選択され位置づけされたレンズプレートによって得られる。こうして、充分な分解能と明るさを有する画像と、外部光の高い光起電力変換とが同時に得られる。反対に、レンズプレートが無い場合、二つの透過Ｔ_inとＴ_extは、ほぼ同じ規模であり、画質が光起電力変換を犠牲にすることになる。

本発明の別の目的は、光起電力プレートとそれに付随するレンズアレイで構成されるアセンブリであり、それはデジタルディスプレイスクリーン上に貼付けられて、前述のとおり、一体型光起電力セル付きデジタルディスプレイスクリーンを形成することができる。さらに詳細には、アセンブリは、典型的にはポリマー材料製で好ましくは軟質または半硬質の透明な基板またはフィルムで構成されていてよく、その上には前記レンズアレイが被着されており、またその上には光起電力セルアレイが被着されている。これらの光起電力セルは場合によっては、以上で指摘したとおり、保護層、例えば表面被着物（薄層）または軟質フィルムにより保護される。前記保護層は、連続または不連続であり得る。ここで「一体型レンズ付き光起電力フィルム（またはプレート）」と呼ぶこのアセンブリは、例えば接着により、デジタルディスプレイスクリーンの外部表面上に貼付け固定することができる。この外部表面は、好ましくは平滑であり、平坦または湾曲、硬質または軟質であり得る。この一体型光起電力セル付き光起電力フィルムまたはプレートは、同様に、光起電力セルを互いに接続するために、および電流を収集するために必要な、典型的には薄層の電極も備えている。

本発明の別の目的は、本発明に係る一体型レンズ付き光起電力プレートを使用したデジタルディスプレイスクリーンの製造方法であって、該方法は、平滑な外部表面を有するデジタルディスプレイスクリーンを準備し、本発明に係る一体型レンズ付き光起電力プレートを準備し、そして前記デジタルディスプレイスクリーン上に前記一体型レンズ付き光起電力プレートを好ましくは接着により貼付け固定して、一体型光起電力セル付きデジタルディスプレイスクリーンを形成するステップを含む。スクリーンの外部表面上に光起電力プレートを貼付けた後、一体型レンズ付き光起電力プレートの電極とスクリーンの電源要素との間の電気接続を確立することにより、光起電力セルにより生成された電気エネルギーが、前記スクリーンが一体化されているポータブル式または固定式電子機器への給電に寄与できるようにする。この給電は、（充電式電池またはコンデンサなどのような電気エネルギー蓄積手段に充電することによって）直接的または間接的に行なうことができる。

図１〜９は、本発明の実施形態を概略的に示すが、本発明を限定するわけではない。提示されている全ての実施形態および／または全ての変形形態を互いに組合わせることができるということが了解される。これらの図では、ディスプレイスクリーンの作動にとって不可欠であるが当業者にとっては周知であるいくつかの構成要素、特に液晶スクリーンにおいて画像を生成するために不可欠である電界効果トランジスタ層は示していない。

本発明の第一の実施形態を概略的に示す図である。 第一の実施形態の一変形形態を概略的に示す図である。 類似した実施形態の別の表示を概略的にかつ簡略化した形で示す図である。 別の特定の一実施形態を概略的にかつ簡略化した形で示した図である。 別の一実施形態を概略的にかつ簡略化した形で示した図である。 別の一実施形態を概略的にかつ簡略化した形で示した図である。 別の一実施形態を概略的にかつ簡略化した形で示した図である。 別の一実施形態を概略的にかつ簡略化した形で示した図である。 本発明に係る一体型光起電力セルを有するディスプレイスクリーンの製造方法を概略的に示す図である。 本発明のさらに別の実施形態を示す。 本発明に係る一体型レンズ付き光起電力プレートの一例を概略的に示す。

図１は、本発明の第一の実施形態を概略的に示す。この図は、本発明に係るディスプレイスクリーンを横断する横断面図を表わしている。本発明に係るディスプレイスクリーン１は、画像ゾーン４のアレイ３の背後に設置された、典型的には平坦である光源２により背面照明される（ピクセルであり得る）画像ゾーン４のアレイ３を含んでいる。平坦な光源２は、散光プレートであり得る。これらの実施形態の一変形形態において、ピクセル４のアレイ３は、光源２により背面照明されず、各ピクセル４はそれ自体が例えば電子発光による光源を構成する。以上で指摘したように、各ピクセル４は、典型的には三つの単位（赤、青、緑）である異なる複数の色単位により形成されていてよい。このことは、図１に示されており、本発明の全ての実施形態にあてはまる。

本発明に係るスクリーン１は、同様に、光起電力セルバンド７、８のアレイ６をも含む。図には、これらのバンドが被着された基板は示されていない。スクリーン１は、光起電力セルバンド７、８に平行な長手方向軸を有する同一の直線レンズの並置を含む、レンズアレイ５も含んでいる。前記レンズアレイは、前記画像ゾーン４のアレイ３と前記光起電力セル７、８のアレイ６との間に位置づけされている。レンズアレイ５は、平凸または両凸あるいはその他のタイプであり得る、同一の、直線または他のレンズ１２の並置で構成され得る。これらのレンズは、対称または非対称、球面または非球面のタイプであってもよい。有利には、前記レンズアレイ５は、各ピクセル４に対して個別のレンズ効果を生成し、オリフィス１３内にピクセル４に由来の光を集束する。

破線のビームで表わされているように、ピクセル４に由来する光ビームは、レンズアレイの対応するレンズにより集中させられて、それにより光起電力アレイ６の対応するオリフィス１３を通って可能なかぎり精確に誘導されるようになっている。以下で説明するとおり、ピクセル４によって発出された光ビームの一部分が、オリフィス内のその通過を妨げる寄生反射を受けた場合、観察者９が知覚する画像の品質は幾分か劣化する可能性があるが、透過しなかった散乱光エネルギーを回収して、光起電力プレートの内部面上に配置されピクセル４に配向された光起電力セルから、補足的光起電力エネルギーを生成することが可能である。

一般に、ピクセルまたは画像ゾーン４は、全て同じ面にある必要はなく、ほぼ平行な複数の面上に配置され得る。ピクセル４は、当業者にとって公知の技術にしたがって、カラーディスプレイのためにセルへと細分され得、例えば各ピクセルは赤色、緑色および青色の三つのセルに細分されてよい。

本発明の全ての実施形態において、光起電力セル７は、公知の適切なあらゆる薄層技術を使用することができる。屋内で使用されるデバイス向けのスクリーンについては、低い明るさで優れた変換効率を有するセル（例えば非晶質または微結晶シリコンベースのセル）が、主として散乱光を捕捉するものであるため、これを使用することが好ましい。

本発明の全ての実施形態において、本発明に係るスクリーン１は、その特性を改善するかまたはそれらを特定の或る使用状況に適応させるような他の構成要素を備えることができる。一例を挙げると、このスクリーンは、同様に、カラーフィルター、偏光フィルター、レンズ素子、散光器、保護層というこれらの要素のうちの一つ以上を含むこともできる。スクリーン１は、ソフトスクリーンであってもよい。

図２は、光起電力バンドアレイ６が、例えばポリマーフィルムであり得る、硬質または軟質、連続または不連続であり得る保護層１７によって保護されている、本発明の他の全ての実施形態と組合せ可能な、第一の実施形態の一変形形態を概略的に示している。この層は、有利には外部面（すなわち観察者９の方を向いた面）上に反射防止層１１を含むことができる。前記保護層１７は、光起電力セルバンド７、８の前記アレイ６が被着された基板を形成することができる。

図３は、類似した実施形態の別の表示を概略的にかつ簡略化した形で示している。ピクセルのアレイ３は、背面照明（白抜き矢印）されており、光源はこの図には示されていない。三つのピクセルゾーン４の各々に由来するビームの光路が明確にされている。

図４は、画像ゾーン４に由来する光ビーム２１が発散している、別の特定の一実施形態を概略的にかつ簡略化した形で示す。これは、例えば、発散性光ビーム２２によって背面照明されたＬＣＤタイプのピクセル４を用いてか（図４に示されているように）、またはＬＥＤまたはＯＬＥＤタイプの電子発光ピクセル（図示していない変形形態）によって実現可能である。この場合、対応するレンズ１２は、有利には第一の凸面３４、および必要に応じて、第二の凸面３５を有する凸レンズであり、それによりレンズ１２の焦点距離は短縮され、ひいてはレンズ１２を通過した後にオリフィス１３に集束する収束光ビーム２３が得られ、および／または退出する光ビームの出射角が増大させられることになる。

図５に概略的にかつ簡略化された形で示された別の実施形態において、ピクセル４に由来する光ビーム２１は収束光ビームである。これは、例えば、収束光ビーム２２により背面照明されるＬＣＤタイプのピクセル４を用いて実現可能である。このとき、対応するレンズ１２は、第一の凹面２４、および必要に応じて第二の凹面２５を有する発散レンズであり得、それによりレンズ１２の焦点距離を延長し、ひいてはオリフィス１３に集束され、かつピクセルから離れるにつれてずらされる焦平面を有する収束光ビーム２３を得るようになっている。この必要性は、例えば、レンズプレートの全体的な厚みを増大させ、および／または光ビームの出射角を低減する目的で発生し得る。

図６に概略的にかつ簡略化された形で示された別の実施形態において、画像ゾーン４に由来する光ビーム２１は平行である。これは、例えば、平行な光ビーム２２により背面照明されるＬＣＤタイプのピクセルを用いて実現可能である。この場合、対応するレンズ１２は、光起電力プレート６の対応するオリフィス１３に近い焦平面で光ビームの収束を作り出すために、凸面を有する凸レンズであり得る。

図７に概略的にかつ簡略化された形で示されたさらに別の実施形態において、光起電力プレート６のオリフィス５０、５１、５２およびレンズプレート５のレンズ６０、６１、６２は、ピクセル４の一部分４０、４１、４２のみによって発出される光と対応した状態にある。ピクセル４のこの部分４０、４１、４２は、例えばＬＣＤピクセルの赤色、緑色または青色のうちの一つに対応する特定のゾーンに対応することができる。その光は対応するレンズ６０、６１、６２により偏向されて、各々対応するオリフィス５０、５１、５２内に集束される。

図８に概略的にかつ簡略化された形で示されているさらに別の実施形態においては、レンズ１２毎に対し、ピクセル群４３、４４、４５が対応しており、このピクセル群の出射光ビーム全体が、このピクセル群４３、４４、４５に結びつけられ光ビームをオリフィス１３内に集束するレンズ１２によって偏向させられている。

全ての実施形態において、ピクセル４、４３、４４、４５またはピクセルの一部分４０、４１、４２に由来する光の集束が、オリフィス１３、５０、５１、５２内に行なわれることが必ずしも必要であるわけではないが、オリフィス内への集束は、最高の明るさと表示品質を提供する。

光起電力プレート６は、光起電力セルを互いに接続するために、および（図示していない）電流を収集するために必要な、典型的には薄層の電極を常に備えている。

図に示されていない特定の一実施形態において、本発明に係るデバイス１は、異なる二つの光起電力セルアセンブリ、すなわち、周辺光２０（ここでは「外部光」と呼ぶ）の光起電力変換用のアセンブリと、ピクセルおよび／またはそのバックライトに由来する散乱光（ここでは「内部光」と呼ぶ）の光起電力変換用のアセンブリとを有している。例えば、外部光を変換することを目的として光起電力プレートの外部面（好ましくはこのとき保護層または保護フィルムにより保護されている）に第一の光起電力セルアセンブリを配置し、内部光を変換することを目的として光起電力プレートの内部面に第二の光起電力セルアセンブリを配置することができる。

本発明に係るデジタルディスプレイスクリーン１は、固定式またはポータブル式の電子機器に内蔵することができる。この機器は、本発明の別の目的を形成する。これは詳細には、携帯電話、電子書籍、ポータブルテレビスクリーン、ポータブルコンピュータスクリーンであり得る。同様にこれは、例えば固定式テレビスクリーンまたは広告用ディスプレイスクリーンなどの、より大きいサイズの固定式機器でもあり得る。本発明に係るデジタルディスプレイスクリーン１は、タッチ式すなわち接触感知式のフィルムまたはコーティングを有していてよく、それによりタッチスクリーンが得られる。

図９は、本発明に係る一体型光起電力セルを有するディスプレイスクリーン１の製造方法を概略的に示している。すなわち、レンズアレイ５に結びつけられている（場合によって、このレンズアレイに直接被着されているか、または、図示していないフィルムまたはプレートによって分離されている）、保護層１７（それ自体場合によって、反射防止層１１に被覆されている）により場合によっては被覆されている光起電力セル（典型的には光起電力バンド）のアレイ６を含む光起電力プレートは、デジタルディスプレイスクリーン６６に貼付けることのできる、一体型レンズ付き光起電力プレートアセンブリ６５を形成して、前述のとおり一体型光起電力セル付きデジタルディスプレイスクリーン１を形成する。より詳細には、前記一体型レンズ付き光起電力プレート６５は、典型的にはポリマー材料製の好ましくは軟質または半硬質の透明フィルム６４で構成することができ、その上には、前記レンズアレイ５が被着されており、またその上にはその少なくとも一つの面で前記光起電力セル７、８のアレイ６が被着されており、これらの面は場合によって、上述のとおり、例えば、表面被着物（薄層）または軟質フィルムなどの保護層１７によって保護されている。

一体型レンズ付き光起電力プレート６５は、図９に矢印により示されているように、デジタルディスプレイスクリーン６６の外部表面６３に、例えば接着によって、貼付け固定され得る。この外部表面６３は好ましくは平滑であり、平坦または湾曲で、硬質または軟質であり得る。この一体型レンズ付き光起電力フィルム６５は、同様に、光起電力セルを互いに接続するためにおよび電流（図示せず）を収集するために必要な、典型的には薄層の電極をも備えている。

図１０は、さらに本発明の別の実施形態を示す。ディスプレイデバイス１は、画像ゾーン９１のアレイ９０を含み、これらの画像ゾーンは典型的に、基板９２に被着または印刷され、背面照明される。前記基板９２は、有利には透明または少なくとも半透明である。この基板は、平坦な光源であってよい。画像ゾーン９１は平行なバンドを形成することができ、その長手方向は、レンズアレイ５を形成するレンズ１２の長手方向に平行である。他の実施形態の場合と同様に、レンズアレイ５は、画像ゾーンに由来する光を集束する。この実施形態は、固定画像を提示する大きいサイズのディスプレイデバイス、例えば広告ポスター、看板、建物の外部または内部に配置される装飾用プレートなどに特に適している。

図１１は、以下の要領で実施された本発明に係る一体型レンズ付き光起電力プレートの一例を概略的に示す。すなわち、ＺｎＯ₂の透明な導電層で被覆された約５００μｍの厚みＨ２のガラス製軟質基板１７に、水素化非晶質シリコンベースのｐ−ｉ−ｎ型光起電力セルが被着され、次に、その上にＩＴＯ層が被着された。この光起電力セルは、約８Ｖの開回路電圧を生成する。ＩＴＯ層の酸による湿式エッチングによって、そしてその後シリコン用のＳＦ₆雰囲気から形成されたプラズマ中での反応性イオンエッチング（ＲＩＥ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によって、この光起電力セルにおいて平行なバンドをカットして、光起電力バンドアレイ６を得た。

Ｍｉｃｒｏｓｈａｒｐ社により市販されている９１μｍのピッチＬ３、約２６μｍの高さＨ４および１２０°の開口角度の円柱レンズを有する、約１２５μｍの厚みＨ３のＰＥＴ製レンズプレート５が使用された。

光起電力プレートとレンズプレートを組立てて、一体型レンズ付き光起電力プレートを形成した。寸法約４．２ｃｍ×３．７ｃｍのこのプレートを、約７００μｍの厚みＨ１のガラスプレートを備え、その後ろに約１６０μｍの個別幅Ｌ１のピクセルのアレイ３が存在する、Ｓａｍｓｕｎｇ社により市販されているＳＧＨ−Ｆ４９０型の携帯電話のスクリーン上に接着した。光起電力プレートによるバッテリの充電を可能にするために、携帯電話の給電回路と光起電力プレートとの間に、電気的結合を確立した。

１ ディスプレイデバイス
２ 光源
３ 画像ゾーンアレイ
４ 画像ゾーン
５ レンズアレイ
６ 光起電力セルアレイ
７、８ 光起電力セル
９ 観察者
１１ 反射防止層
１２ レンズ
１３ オリフィス
１７ 保護層
２０ 外部光
２１、２２、２３ 光ビーム
２４、２５ 凹面
３４、３５ 凸面
４０、４１、４２ 画像ゾーンの一部分
４３、４４、４５ ピクセル群
５０、５１、５２ オリフィス
６０、６１、６２ レンズ
６３ 外部表面
６４ 透明フィルム
６５ 一体型レンズ付き光起電力プレート
６６ デジタルディスプレイスクリーン

欧州特許第１１７４７５６号明細書 米国特許第７，２０６，０４４号明細書 国際公開第２００９／０５２３２６号 米国特許出願公開第２０１０／２８４０５５号明細書 国際公開第２００９／０６５０６９号 米国特許出願公開第２０１０／２４５７３１号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１１９５９２号明細書 米国特許第４，７９５，５００号明細書 国際公開第２００９／０９８４５９号 米国特許出願公開第２００７／０１０２０３５号明細書

Claims (16)

1. 一体型光起電力セル付きディスプレイデバイス（１）であって、
   （ａ）発光する、または画像ゾーン（４）のアレイ（３）の背後に設置された光源（２）により背面照明される、画像ゾーン（４）のアレイ（３）と、
   （ｂ）複数の光起電力セル（７、８）と、アレイ（６）の隣接する二つの光起電力セル間に形成された複数のオリフィス（１３）とによって形成されるアレイ（６）と、
   （ｃ）隣接する二つの光起電力セル（７、８）間のオリフィス（１３）の中に、前記画像ゾーン（４）により発出される光を集束させることを可能にするレンズアレイ（５）と、
   を含み、前記レンズアレイ（５）が、前記画像ゾーン（４）の前記アレイ（３）と前記光起電力セル（７、８）のアレイ（６）との間に位置づけされていることを特徴とする、ディスプレイデバイス（１）。
2. デジタルディスプレイスクリーンであることを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイデバイス（１）。
3. ソフトスクリーンであることを特徴とする、請求項２に記載のディスプレイデバイス。
4. 前記画像ゾーン（４）がピクセルであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の画像デバイス（１）。
5. 前記レンズアレイ（５）が、光起電力セルバンド（７、８）に平行な長手方向軸を有する、同一の直線レンズの並置を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載のディスプレイデバイス（１）。
6. 前記レンズアレイ（５）のレンズが、平凸レンズ、両凸レンズ、対称レンズ、非対称レンズ、球面レンズ、および／もしくは非球面レンズ、または可変屈折率レンズからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載のディスプレイデバイス（１）。
7. 前記光起電力セルバンド（７、８）のアレイ（６）が、有利には反射防止層（１１）が備わった保護層（１７）によって保護されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載のディスプレイデバイス（１）。
8. 前記光起電力セル（７、８）が、非晶質または微結晶シリコンベース、ＣｄＴｅベースまたはＣＩＧＳベースの、薄層セルであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載のディスプレイデバイス（１）。
9. 前記光起電力セル（７、８）が、可視光に対し少なくとも部分的に透明であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載のディスプレイデバイス（１）。
10. 前記画像ゾーン（４）、ピクセルおよび／またはピクセルの一部分は、画像ゾーン、ピクセルおよび／またはピクセルの一部分の異なる群が異なる画像を生成するように順序付けされていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載のディスプレイデバイス（１）。
11. 外部面上にタッチ層またはタッチフィルムを有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載のディスプレイデバイス（１）。
12. 異なる光起電力セルの二つのアセンブリを含み、その一方が周辺光または外部光（２０）の光起電力変換用であり、もう一方がピクセルおよび／またはそのバックライトに由来する散乱光または内部光の光起電力変換用であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つに記載のディスプレイデバイス（１）。
13. 光起電力プレートの外部面に配置され外部光を変換することを目的とする第一の光起電力セルアセンブリと、光起電力プレートの内部面に配置され内部光を変換することを目的とする第二の光起電力セルアセンブリとを含むことを特徴とする、請求項１２に記載のディスプレイデバイス（１）。
14. 請求項１〜１３のいずれか一つに記載のディスプレイデバイス（１）を内蔵するポータブル式または固定式の電子機器。
15. 好ましくは軟質または半硬質の透明な基板またはフィルム（６２）を備え、前記フィルムがレンズアレイ（１１）を備え、前記フィルムが光起電力セル（７、８）のアレイ（５）を備え、前記光起電力セル（７）が、好ましくは、連続または不連続の少なくとも一つの保護層（１７）によって保護されている、請求項１〜１３のいずれか一つに記載のディスプレイデバイス（１）の製造のための、一体型レンズ付き光起電力プレート（６０）。
16. 平滑な外部表面（６３）を有するデジタルディスプレイスクリーン（６６）を準備し、請求項１５に記載の一体型レンズ付き光起電力プレート（６５）を準備し、そして前記デジタルディスプレイスクリーン（６６）に前記一体型レンズ付き光起電力フィルム（６５）を好ましくは接着によって固定して、一体型光起電力セル付きデジタルディスプレイスクリーン（１）を形成する、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の一体型光起電力セル付きディスプレイデバイス（１）の製造方法。

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