KR20140021551A - 광전지가 통합되고 휘도가 개선된 디스플레이 디바이스 - Google Patents

광전지가 통합되고 휘도가 개선된 디스플레이 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은, (a) 화상 영역(4)의 어레이(3) - 이 화상 영역(4)의 어레이(3)는 발광하거나, 그 뒤에 배치된 광원(2)에 의해 배면 조명됨 -; (b) 복수의 광전지(7,8) 및 복수의 홀(13)에 의해 형성된 어레이(6) - 상기 어레이에서 두 인접한 광전지가 홀을 형성함 -; 및 (c) 화상 영역(4)에 의해 방출된 광을 두 인접한 광전지(7,8) 간의 홀에 집속시키는 데 사용될 수 있는 렌즈 어레이(5)를 포함하며 통합된 광전지를 포함하는, 디스플레이 디바이스(1), 특히 디지털 디스플레이 스크린에 관한 것이다. 디바이스(1)는 렌즈 어레이(5)가 화상 영역(4)의 어레이(3)와 광전지(7,8)의 어레이(6) 사이에 배치됨을 특징으로 한다.

Description

광전지가 통합되고 휘도가 개선된 디스플레이 디바이스{DISPLAY DEVICE WITH INTEGRATED PHOTOVOLTAIC CELLS AND IMPROVED BRIGHTNESS}
본 발명은 디스플레이 디바이스 분야에 관한 것이며, 더 구체적으로 배면 조명(backlit) 디스플레이 스크린 분야에 관한 것이다.
다수의 배면 조명 픽셀을 포함하는 스크린이 얼마 전부터 알려져 있으며 텔레비전 세트, 컴퓨터, 및 휴대폰, 게임 콘솔 및 계산기와 같은 소형 휴대용 디바이스에 사용되고 있다.
여기서, 용어 "배면 조명" 화상 영역은 배후에서 화상 영역을 조명하는 광원의 전면에 위치한 화상 영역을 의미하는 것을 의도한다. 화상 영역은 예를 들어 하나의 픽셀, 복수의 픽셀 또는 픽셀의 일부(예를 들어, 액정 픽셀) 또는 그밖에 화상이 위에 인쇄된 필름 스트립일 수 있다. 배면 조명 스크린에서, 콘트라스트를 개선하기 위해 확산 광원이 픽셀의 면 뒤에 배치된다.
휴대용 디바이스는 일반적으로 전기 배터리에 의해 전력 공급되며, 충전 간의 지속기간이 사용편의성에 있어서 중요한 인자이다. 이러한 충전 간의 지속기간을 증가시키기 위한 목적으로, 상기 휴대용 디바이스에 상기 디바이스의 작동에 필요한 전류의 일부를 생성하는 광전지를 통합시켰다. 상기 휴대용 디바이스의 외부 표면 상에 광전지를 배치할 수 있는 공간이 매우 제한되는 한, 광전지를 디스플레이 스크린에 통합하는 것이 바람직할 것이다.
종래 기술은 상기 통합의 특정 수의 예를 보여준다. 첫 번째 접근은 반투명 광전지를 퇴적하는 것이다(EP1174756(ETA), US7,206,044(Motorola), WO2009/052326, US2010/284055, WO2009/065069(Qualcomm), US2010/245731(Intel) 참조). 다른 접근은 그 사이로 픽셀로부터의 광이 통과하는 스트립 형태의 광전지 층을 퇴적하는 것이다(US2002/0119592(BP), US4,795,500(Sanyo), WO2009/098459(M-Solv) 참조). 상기 접근 모두는 휘도가 그다지 높지 않거나, 주어진 전지 종류에 있어서 변환된 에너지에 비례하는 광전지의 표면적이 작은 스크린을 초래한다.
문헌 US2007/0102035(X.Yang)은 상기 통합에 대한 다른 접근을 도시하며, 여기서 스크린 표면상에 배치된 광전지 커버 영역은 주변 확산 광을 수집하는 한편, 디스플레이 스크린 뒤에 배치된 렌즈 시스템은 광전지로 커버되지 않은 영역 상에 배면 조명 광(back-illuminating light)을 집속시킨다.
하지만, 이들 광전지는 이들이 통합된 스크린의 화상 특성 또는 휘도 중 어느 하나를 저하시키지 않아야 하며, 이 때문에 상기 광전지가 이용가능한 총 면적이 사실상 매우 제한적이며; 실제로, 광전지의 폭은, 스크린 해상도를 개선하기 위해 최소화하는 것이 바람직한 공간인, 두 픽셀 간의 공간보다 현저하게 클 수 없다. 문헌 US2007/0102035에 상기 논의된 양태의 경우에서와 같이, 광전지가 더 클 경우, 및 더 유력한 이유로는 이들이 픽셀의 표면을 부분적으로 커버할 경우, 스크린에 의해 생성된 화상의 휘도 및 해상도가 저하된다. 상기 동일한 문헌은 배면 조명 광원과, 픽셀의 어레이가 위에 배치된 기판 사이에 위치한 렌즈에 의해 배면 조명 광이 광전지들 간의 공간에 집속되는 다른 양태를 포함하며; 이 양태는 측면 위치 뿐만 아니라 특히 광전지에 대한 거리 모두와 관련하여 렌즈를 극도로 정밀하게 배치할 것이 요구되는 결점을 갖는다. 또한, 이는 배면 조명(backlighting)을 위한 광원을, 스크린의 픽셀을 형성하는 액정을 제어하는 전계 효과 트랜지스터의 기판에 직접 통합하는 것을 가능하지 않게 한다.
따라서 본 발명은 고휘도의 디스플레이로 높은 비율의 광전지 활성 표면을 지원하는, 광전지가 통합된 디스플레이 스크린을 제공하고자 한다. 바람직하게는, 이러한 광전지 통합은, 디스플레이 스크린의 설계 및 특히 "픽셀 제어" 부분의 설계를 실질적으로 변경할 것을 필요로 하지 않아서, 공지된 스크린 설계를 이용할 수 있다.
본 발명의 테두리 안에서, 상기 문제는 3개의 필수 요소: 화상을 생성하는 픽셀의 어레이, 복수의 광전지, 및 렌티큘러(lenticular) 어레이를 형성하는 복수의 렌즈의 적절한 연계에 의해 해결된다. 이들 3가지 요소 각각은 광전지가 통합된 디지털 디스플레이 스크린을 형성하기 위한, 형태, 크기 및 다른 요소에 대한 위치설정에 의해 특징지어진다.
본 발명의 첫 번째 주제는,
(a) 화상 영역의 어레이 - 이 화상 영역의 어레이는 발광하거나, 그 뒤에 배치된 광원에 의해 배면 조명됨 -;
(b) 복수의 광전지 및 복수의 오리피스(orifice)에 의해 형성된 어레이 - 상기 어레이에서 두 이웃하는 광전지가 오리피스를 형성함 -;
(c) 상기 화상 영역에 의해 방출된 광을 두 이웃하는 광전지 간의 오리피스에 집속시키는 것을 가능하게 하는 렌티큘러 어레이
를 포함하는, 광전지가 통합된 디스플레이 디바이스, 특히 디지털 디스플레이 스크린이며, 상기 디바이스는 상기 렌티큘러 어레이가 상기 화상 영역의 어레이와 상기 광전지의 어레이 사이에 배치됨을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 디바이스는 화상 영역의 어레이를 포함한다. 이는 픽셀을 수반할 수 있다. 여기서, 용어 "픽셀"은 단일 색의 개별 픽셀, 또는 각 영역에 의해 방출된 강도의 함수로서 결정되는 색의 광점(light spot)을 생성하도록 협조하는 복수의 픽셀의 부분(통상적으로 3개의, 즉 청색, 적색 및 녹색의)을 망라한다. 이들 화상 영역 또는 픽셀은 정돈된(ordered) 어레이를 형성하며; 픽셀-기반 디스플레이 기술은 당업자에게 공지되어 있다. 본 발명에 따른 스크린은, 화상 영역 또는 픽셀의 어레이 뒤에 배치된 광원에 의해 배면 조명될 수 있고/있거나(예를 들어, LCD(Liquid Crystal Display)형 스크린의 경우 또는 바람직하게는 반투명인 인쇄 평행 스트립 형태의 화상 영역을 포함하는 광고 패널의 경우), 픽셀이 능동적으로 발광할 수 있다(예를 들어, 전계발광 픽셀). 스크린은 가요성 또는 강성 스크린일 수 있다. 그의 외부면 상에, 촉각 필름 또는 층을 포함하여 사용자가 촉각 경로에 의해 데이타를 입력하는 것이 가능하도록 할 수 있다.
다른 양태에서, 화상 영역, 픽셀 및/또는 픽셀의 부분은 다양한 그룹의 화상 영역, 픽셀 및/또는 픽셀의 부분이 상이한 화상을 생성하도록 하는 방식으로 정돈된다.
본 발명에 따른 디바이스는 또한, 화상 영역 또는 픽셀로부터의 광이 통과할 수 있는 복수의 오리피스를 형성하거나 포함하는 복수의 광전지를 포함한다. 상기 오리피스는 임의의 형태, 예를 들어 직사각형 또는 원형일 수 있다. 상기 광전지는 적절한 기판, 예를 들어 플레이트 또는 필름상에 퇴적될 수 있고; 그의 기판상에 퇴적된 광전지를 이후에 "광전지 플레이트"로 지칭할 것이며, 이는 결코 이들이 기계적으로 강성임을 시사하지 않는다. 반대로, 상기 기판은 가요성일 수 있고 구부릴 수 있다. 상기 광전지는 임의의 형태를 가질 수 있지만, 바람직하게는 직사각형이다.
이들은 빈 스트립(오리피스), 즉 임의의 광전지를 포함하지 않는 스트립과 교호하는 평행 스트립의 형태를 취할 수 있다. 이들 스트립은 바람직하게는 등거리여서 정돈된 어레이를 형성한다. 오리피스에 의해, 광전지 플레이트는 부분적으로 투명하며; 광전지 플레이트의 소위 외부 광 투과율(Text)은 광전지가 차지하는 표면 부분(surface fraction), 및 그들의 고유 광 투과율에 의해 대부분 결정된다.
상기 광전지는, 저-강도 광(확산 광, 실내 광)을 변환하기 위해서는 비정질 또는 미세결정질 실리콘 기반의 박막 광전지가 특히 적합하기 때문에 비정질 또는 미세결정질 실리콘 기반의 박막 광전지인 것이 유리하지만; 이들 광전지는 또한, 예를 들어 CdTe 또는 CIGS(copper-indium-gallium-selenium) 기반 또는 중합체 기반의 임의의 다른 적절한 기술로 제조될 수 있다. 이들은 p-i-n 또는 p-n형의 접합을 수반할 수 있거나, 또는 그밖에 탠덤 전지(tandem cell), 즉 상이한 부분의 발광 스펙트럼을 우선적으로 흡수하는 2개의 덮어 씌워진(overlaid) 전지를 포함하는 탠덤 전지를 수반할 수 있다. 이들은 가시광 및/또는 자외선 광 및/또는 적외선 광을 전기로 변환하도록 설계될 수 있다. 이들은 적어도 부분적으로 가시광에 대해 투과성일 수 있다. 이들은 유리하게는 반사 방지층이 제공된 보호층에 의해 보호될 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스는 또한 복수의 렌즈를 포함한다. 여기서, 용어 "렌즈"는 등방성 또는 그 반대로 광선을 편향 및/또는 집광 또는 분기(diverging)시키는 특성을 갖는 투명 재료로 제조된 임의의 디바이스를 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 광범위한 정의에서, 용어 "렌즈"는 여기서 프리즘, 파라볼라형 집광기, 프레넬 렌즈(Fresnel lenses)를 포함한다. 통상적으로 이러한 복수의 렌즈는 복수의 렌즈를 포함하는 필름 또는 렌티큘러 플레이트의 형태를 취한다. 이들은 원형 원주 렌즈일 수 있지만, 선호되는 것은, 종축이 광전지 스트립에 평행한, 동일한 렉티리니어(rectilinear) 렌즈의 병렬배치를 포함하는 렌티큘러 어레이이다. 여기서, 상기 복수의 렌즈를 그의 양태와는 상관없이 "렌티큘러 플레이트" 또는 "렌티큘러 어레이"로 지칭할 것이다.
유리하게는, 광전지 플레이트의 면, 렌티큘러 어레이의 면 및 픽셀의 면은 실질적으로 평행하지만, 이들 면들은 특히 스크린이 가요성 스크린인 경우에 반구형일 수 있다(평행하게 유지하면서). 렌티큘러 플레이트는 PET와 같은 적절한 투명 플라스틱으로 제조될 수 있다.
본 발명에 따라, 렌즈의 형태, 광학적 특성 및 광전지 플레이트에 대한 위치설정은, 화상 영역으로부터(예를 들어, 픽셀 또는 픽셀의 부분으로부터) 비롯되고 렌즈를 통과하는 광 빔이, 렌즈를 나갈 때 통상적으로 광학 편향 및/또는 집광 효과를 통해 두 인접한 광전지 간의 오리피스를 적어도 부분적으로, 하지만 바람직하게는 전체적으로 통과하는 것을 가능하게 하는 방향을 갖도록 하는 것이다. 픽셀로부터 비롯된 전체 휘도 강도가 오리피스로 지나갈 경우, 광전지 플레이트의 소위 내부 광 투과율(Tin)이 최대이다. 하지만, 본 발명의 목적은 픽셀로부터 비롯된 광의 일부가 광전지 플레이트에 의해 흡수되는 경우에도 달성될 수 있다. 통상적으로, 각 렌즈에는 적절한 형태 및 적절한 크기의 오리피스가 상응한다. 일반적으로, 렌티큘러 플레이트를 형성하는(및 유리하게는 렌티큘러 어레이를 형성하도록 배열된) 렌즈는 임의의 적절한 형태 및 적절한 특성을 가질 수 있으며; 특히 평-볼록(plane-convex) 또는 양면 볼록형(biconvex) 렌즈, 아니면 구면 및/또는 비구면 렌즈, 아니면 대칭 또는 비대칭 렌즈, 아니면 가변 지수(variable index) 렌즈일 수 있다.
더 구체적으로, 화상 영역의 어레이는 유리하게는, 각 화상 영역 또는 화상 영역의 일부로부터 비롯되며 렌티큘러 플레이트의 상응하는 렌즈에 의해 수광된 광이 광전지 플레이트의 오리피스 중 하나를 완전히 또는 적어도 많은 부분이 통과하도록 하는 방식으로 상기 렌즈에 의해 편향 및/또는 집광되는 방식으로 렌티큘러 플레이트 및 광전지 플레이트에 대해 배치된다.
유리한 양태에서, 상기 렌티큘러 어레이는 종축이 광전지의 스트립에 평행한, 동일한 렉티리니어 렌즈의 병렬배치를 포함한다.
렌티큘러 플레이트에서 광전지 플레이트로 및 그 반대로 통과시 기생 반사를 방지하기 위해, 2개의 플레이트는 접착될 수 있거나, 광전지 및 렌즈도 포함하는 단 하나의 플레이트를 구성될 수 있다.
일반적으로, 광전지 플레이트의 표면상의 주변 광 반사를 적어도 부분적으로 제거하기 위해, 광전지 플레이트의 표면은 적어도 하나의 반사 방지층을 포함할 수 있다. 여기서, 이 용어는 상기 광전지 플레이트의 특정 코팅 또는 표면 처리, 아니면 표면의 광학적 미세구조화, 아니면 상이한 굴절률의 층들을 포함하는 다중층 코팅을 망라한다.
본 발명에 따른 디바이스는 바람직하게는 광전지 플레이트의 내부 투과율(Tin)이 높고 외부 투과율(Text)이 낮음을 나타내며, 이는 상기 나타낸 바와 같이, 신중하게 선택되고 배치된 렌티큘러 플레이트에 의해 수득된다. 따라서, 잘 분해된 선명한 화상, 및 외부 광의 상당한 광전지 변환이 동시에 수득된다. 한편, 렌티큘러 플레이트가 없을 경우, 두 투과율(Tin 및 Text)이 동일한 자릿수이며, 화상의 품질이 광전지 변환의 손실을 일으킨다.
본 발명의 다른 주제는, 전술한 바와 같이, 디지털 디스플레이 스크린에 접합되어 광전지가 통합된 디지털 디스플레이 스크린을 형성할 수 있는, 광전지 플레이트 및 관련된 렌티큘러 어레이로 구성된 조립체이다. 더 구체적으로, 조립체는 통상적으로 중합체로 제조된, 바람직하게는 가요성 또는 반-강성(semi-rigid)인 투명 필름 또는 기판과, 그 위에 상기 렌티큘러 어레이가 퇴적되고, 그 위에 광전지의 어레이가 퇴적된 것으로 구성될 수 있다. 광전지의 어레이는 상기 나타낸 바와 같이, 예를 들어 표면 퇴적(박층) 또는 가요성 필름과 같은 보호층에 의해 선택적으로 보호된다. 상기 보호층은 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 여기서 "렌즈가 통합된 광전지 필름(또는 플레이트)"으로 지칭되는 이 조립체는 디지털 디스플레이 스크린의 외부 표면상에 예를 들어 접착제 도포에 의해 접합 및 고정될 수 있다. 이 외부 표면은 바람직하게는 매끄러우며; 편평하거나 반구형, 강성 또는 가요성일 수 있다. 광전지가 통합된 이 광전지 필름 또는 플레이트는 또한 광전지를 함께 연결하고 전류를 수집하기 위해 필요한 전극, 통상적으로 박막 전극을 포함한다.
본 발명의 다른 주제는 본 발명에 따른 렌즈가 통합된 광전지 플레이트를 이용하여 디지털 디스플레이 스크린을 제조하는 방법이며, 이는 하기 단계들을 포함한다: 매끄러운 외부 표면을 포함하는 디지털 디스플레이 스크린을 제공하고, 본 발명에 따른 렌즈가 통합된 광전지 플레이트를 제공하고, 상기 렌즈가 통합된 광전지 플레이트를 상기 디지털 디스플레이 스크린상에 바람직하게는 접착제 도포에 의해 접합 및 고정하여 광전지가 통합된 디지털 디스플레이 스크린을 형성한다. 광전지 플레이트를 스크린의 외부 표면상에 접합한 후, 렌즈가 통합된 광전지 플레이트의 전극과, 스크린에 전력을 공급하기 위한 요소 사이에 전기적 연결을 수립하여, 광전지에 의해 생성된 전기 에너지가 상기 스크린이 통합된 휴대용 또는 고정형 전자 장치에 전력을 공급하는데 기여할 수 있으며; 이 전력은 직접 또는 간접적으로(재충전가능 전지 또는 커패시터와 같은 전기 에너지 저장 수단을 충전함으로써) 공급될 수 있다.
도 1 내지 11은 본 발명의 양태를 개략적으로 예시하지만 본 발명을 제한하지 않는다. 제시된 모든 양태 및 모든 변형은 함께 조합될 수 있다. 이들 도면은 디스플레이 스크린의 작동에 불가결한 특정 구성요소, 특히 액정 스크린에서 화상 생성에 필수적인 전계 효과 트랜지스터 층은 도시하지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 양태를 개략적으로 도시한다.
도 2는 상기 제1 양태의 변형을 개략적으로 도시한다.
도 3은 유사한 양태의 다른 묘사를 단순화된 방식으로 개략적으로 도시한다.
도 4는 다른 특정 양태를 단순화된 방식으로 개략적으로 도시한다.
도 5는 다른 양태를 단순화된 방식으로 개략적으로 도시한다.
도 6은 다른 양태를 단순화된 방식으로 개략적으로 도시한다.
도 7은 또 다른 양태를 단순화된 방식으로 개략적으로 도시한다.
도 8은 또 다른 양태를 단순화된 방식으로 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 광전지가 통합된 디스플레이 스크린의 제조방법을 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 양태를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 렌즈가 통합된 광전지 플레이트의 예를 개략적으로 도시한다.
도 1은 본 발명의 제1 양태를 개략적으로 도시한다. 도면은 본 발명에 따른 디스플레이 스크린을 통한 단면을 나타낸다. 본 발명에 따른 디스플레이 스크린(1)은 광원(2)에 의해 배면 조명되는 화상 영역(4)(픽셀일 수 있는)의 어레이(3)를 포함하는데, 광원(2)은 통상적으로 편평하며 화상 영역(4)의 어레이(3) 뒤에 배치되어 있다. 편평한 광원(2)은 확산 플레이트일 수 있다. 이들 양태의 변형에서, 픽셀(4)의 어레이(3)가 광원(2)에 의해 배면 조명되지 않고, 각 픽셀(4) 자체가 예를 들어 전계발광에 의해 광원을 구성한다. 상기 나타낸 바와 같이, 각 픽셀(4)은 복수의 상이한 색 유닛, 통상적으로 3개의 유닛(적색, 청색, 녹색)으로 형성될 수 있다. 이는 도 1에 예시되며 본 발명의 모든 양태에 적용된다.
본 발명에 따른 스크린(1)은 또한 광전지(7,8) 스트립의 어레이(6)를 포함하며; 도면에서는 이들이 위에 퇴적된 기판은 도시되어 있지 않다. 스크린(1)은 또한 종축이 광전지(7,8)의 스트립에 평행한, 동일한 렉티리니어 렌즈의 병렬배치를 포함하는 렌티큘러 어레이(5)를 포함한다. 상기 렌티큘러 어레이는 상기 화상 영역(4)의 어레이(3)와 상기 광전지(7,8)의 어레이(6) 사이에 배치된다. 렌티큘러 어레이(5)는 동일한 렉티리니어의, 또는 평-볼록형 또는 양면 볼록형 등일 수 있는 다른 렌즈(12)의 병렬배치로 구성될 수 있으며; 이들은 대칭 또는 비대칭이거나, 구면 또는 비구면 형일 수 있다. 유리하게는, 상기 렌티큘러 어레이(5)는 픽셀(4)로부터 비롯된 광을 오리피스(13)에 집속시키는, 각 픽셀(4)에 대한 개별-렌즈 효과를 발생시킨다.
점선으로 나타낸 바와 같이, 광전지 어레이(6)의 상응하는 오리피스(13)를 통해 가능한 한 정밀하게 지향하기 위해, 픽셀(4)로부터 비롯된 광 빔은 렌티큘러 어레이의 상응하는 렌즈에 의해 집광된다. 하기 설명된 바와 같이, 픽셀(4)에 의해 방출된 광 빔의 일부가, 상기 광 빔의 일부가 오리피스를 통과하지 못하게 하는 기생 반사를 겪는 경우에, 관찰자(9)에 의해 감지된 화상의 품질은 다소 감소할 수 있지만, 픽셀(4)을 향해 배향된, 광전지 플레이트의 내부 표면상에 배열된 광전지로부터 증가하는 광전지 에너지를 생성하기 위해, 투과되지 않고 확산된 광 에너지를 회복하는 것이 여전히 가능할 것이다.
일반적으로, 화상 영역(4)이 모두 동일한 면에 있을 필요는 없고, 수 개의 실질적으로 평행한 면에 배열될 수 있다. 픽셀(4)은 당업자에게 공지된 기술에 따라 컬러 디스플레이에 있어서 셀(cells)로 세분될 수 있으며, 예를 들어 각 픽셀은 적색, 녹색 및 청색의 3가지 셀로 세분될 수 있다.
본 발명의 모든 양태에서, 광전지(7)는 임의의 공지된 적절한 박막 기술을 이용할 수 있다. 실내에서 사용되는 디바이스를 위해 의도된 스크린에 있어서, 상기 광전지는 주로 확산 광을 포획할 것이므로, 저 휘도에서 변환 효율이 양호한 광전지(예를 들어, 비정질 또는 미세결정질 실리콘 기반의 광전지)를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 모든 양태에서, 본 발명에 따른 스크린(1)은 그것의 특성들을 개선하거나 특정한 특별 사용 상황에 맞춰 그 특성들을 조정하는 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 예로서, 이는 또한 하나 이상의 하기 요소들을 포함할 수 있다: 컬러 필터, 편광 필터, 렌티큘러 요소, 산광기(light diffuser), 보호층. 스크린(1)은 또한 가요성 스크린일 수 있다.
도 2는 본 발명의 모든 다른 양태와 조합될 수 있는, 상기 제1 양태의 변형을 개략적으로 도시하며, 여기서 광전지 스트립의 어레이(6)는 강성 또는 가요성, 연속적 또는 불연속적일 수 있는 보호층(17)에 의해 보호된다. 예를 들어, 이는 중합체 필름일 수 있다. 이 층은 유리하게는 외부면(즉, 관찰자(9)를 향한 면) 상에 반사 방지층(11)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(17)은 상기 광전지(7,8) 스트립의 어레이(6)가 위에 퇴적된 기판을 형성할 수 있다.
도 3은 유사한 양태의 다른 묘사를 단순화된 방식으로 개략적으로 도시한다. 픽셀의 어레이(3)가 배면 조명되며(흰색 화살표), 이 도면에서 광원은 도시되어 있지 않다. 픽셀(4)의 3개 영역 각각에서 비롯된 빔의 광학 경로가 명확하게 된다.
도 4는 화상 영역(4)으로부터 비롯된 광 빔(21)이 분기되는 다른 특정 양태를 단순화한 방식으로 개략적으로 도시하며; 이는 예를 들어, 분기되는 광 빔(22)에 의해 배면 조명된 LCD 종류의 픽셀(4)로(도 4에 도시된 바와 같음), 또는 LED 또는 OLED 종류의 전계발광 픽셀로(변형은 도면에 미도시) 달성될 수 있다. 이 경우, 상응하는 렌즈(12)는 유리하게는 제1 볼록면(34), 및 필요할 경우 제2 볼록면(35)을 이용하여 수렴되어, 렌즈(12)의 초점 거리를 감소시키고 따라서 렌즈(12)를 통과한 후에 오리피스(13) 상에 집속된 수렴 광 빔(23)를 수득하고/수득하거나 나가는 광 빔의 출구 각(exit angle)을 증가시킨다.
도 5에 개략적이고 단순화된 방식으로 도시된 다른 양태에서, 픽셀(4)로부터 비롯된 광 빔(21)은 수렴되며; 이는 예를 들어, 수렴되는 광 빔(22)에 의해 배면 조명된 LCD 종류의 픽셀(4)로 달성될 수 있다. 이어서 상응하는 렌즈(12)는 제1 오목면(24) 및 필요할 경우 제2 오목면(25)을 이용하여 분기되어 렌즈(12)의 초점 거리를 증가시키고, 따라서, 오리피스(13) 상으로 집속되며 그 초점 면이 픽셀로부터 멀리 이동함으로써 상쇄될 수렴 광 빔(23)을 수득할 수 있다. 이러한 요구는 예를 들어, 렌티큘러 플레이트의 전체 두께를 증가시키고/증가시키거나 광 빔의 출구 각을 감소시키기 위해 발생할 수 있다.
도 6에 개략적으로 단순화된 방식으로 도시된 다른 양태에서, 화상 영역(4)으로부터 비롯된 광 빔(21)은 평행하며; 이는 예를 들어, 평행한 광 빔(22)에 의해 배면 조명된 LCD 종류의 픽셀로 달성될 수 있다. 이 경우, 상응하는 렌즈(12)는, 광전지 플레이트(6)의 상응하는 오리피스(13)에 가까운 초점 면에 광 빔을 수렴시키도록 볼록 면을 이용하여 수렴될 수 있다.
도 7에 개략적으로 단순화된 방식으로 도시된 또 다른 양태에서, 광전지 플레이트(6)의 오리피스(50,51,52) 및 렌티큘러 플레이트(5)의 렌즈(60,61,62)는 픽셀(4)의 부분(40,41,42)에 의해서 방출되는 광과만 교신한다. 픽셀(4)의 상기 부분(40,41,42)은 예를 들어, LCD 픽셀의 적색, 녹색 또는 청색 중 하나에 상응하는 특정 영역에 상응할 수 있으며; 그의 광은 각각 상응하는 오리피스(50,51,52)에 집속되도록 상응하는 렌즈(60,61,62)에 의해 편향된다.
도 8에 개략적으로 단순화된 방식으로 도시된 또 다른 양태에서, 각 렌즈(12)에 대해 픽셀(43,44,45) 그룹이 상응하며, 이들 픽셀의 나가는 광 빔의 집합은 이 픽셀(43,44,45) 그룹과 관련된 렌즈(12)에 의해 편향되며, 렌즈(12)는 광 빔의 집합을 오리피스(13)에 집속시킨다.
모든 양태에서, 픽셀(4,43,44,45) 또는 픽셀의 부분(40,41,42)으로부터 비롯된 광을 오리피스(13,50,51,52)에 집속시키는 것이 반드시 필요하지는 않지만, 오리피스에 집속시킴으로써 최상의 디스플레이 휘도 및 품질이 수득된다.
광전지 플레이트(6)는 광전지를 함께 연결하고 전류를 수집하기 위해 필요한, 전극, 통상적으로 박막 전극을 여전히 포함한다(도면에는 미도시).
특정 양태에서, 도면으로 예시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 디바이스(1)은 2개의 상이한 광전지 조립체를 포함하며, 하나는 주변 광(20)("외부 광"으로 지칭됨)의 광전지 변환을 위한 전용이고, 다른 하나는 픽셀 및/또는 그들의 배면 조명으로부터 비롯된 확산 광(여기서 "내부 광"으로 지칭됨)의 광전지 변환을 위한 전용이다. 예를 들어, 광전지의 제1 조립체는 외부광을 변환하기 위해 광전지 플레이트의 외부면 상에 배열될 수 있고(및 이어서 바람직하게는 보호 필름 또는 층에 의해 보호되며), 광전지의 제2 조립체는 내부 광을 변환하기 위해 광전지 플레이트의 내부면 상에 배열될 수 있다.
본 발명에 따른 디지털 디스플레이 스크린(1)은 고정 또는 휴대용 전자 장치에 통합될 수 있으며; 이 장치는 본 발명의 다른 주제를 형성한다. 이는 특히 휴대 전화, 전자책, 휴대용 텔레비전 스크린, 휴대용 컴퓨터 스크린일 수 있다. 또한 크기가 상당히 더 큰 고정 장치, 예를 들어 고정 텔레비전 스크린 또는 광고 디스플레이일 수 있다. 본 발명에 따른 디지털 디스플레이 스크린(1)은 다시 말해 터치 민감성인 촉각 코팅 또는 필름을 포함하여 촉각 스크린을 수득할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 광전지가 통합된 디스플레이 스크린(1)의 제조 방법을 개략적으로 도시하며: 보호층(17)(자체가 반사 방지층(11)으로 선택적으로 커버됨)으로 선택적으로 커버되며, 렌티큘러 어레이(5)와 관련된(선택적으로 이 렌티큘러 어레이 상에 직접 퇴적되거나 플레이트 또는 필름에 의해 분리됨, 도면에 미도시), 광전지(통상적으로 광전지 스트립)의 어레이(6)를 포함하는 광전지 플레이트는, 디지털 디스플레이 스크린(66)에 접합될 수 있는, 렌즈 조립체가 통합된 광전지 플레이트(65)를 형성하여, 전술한 바와 같이 광전지가 통합된 디지털 디스플레이 스크린(1)을 형성한다. 더 구체적으로, 렌즈가 통합된 상기 광전지 플레이트(65)는, 바람직하게는 가요성 또는 반-강성이며, 통상적으로 중합체로 제조된 투명 필름(64)과, 그 위에 상기 렌티큘러 어레이(5)가 퇴적되고, 그 위에 상기 광전지(7,8)의 어레이(6)가 그의 면 중 적어도 하나 위에 퇴적된 것으로 구성될 수 있으며, 상기 어레이(6)는 어쩌면 상기 나타낸 바와 같이, 예를 들어 표면 퇴적(박층) 또는 가요성 필름과 같은 보호층(17)에 의해 보호된다.
도 9에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 상기 렌즈가 통합된 광전지 플레이트(65)는 예를 들어 접착제 도포에 의해 디지털 디스플레이 스크린(66)의 외부 표면(63) 상에 접합 및 고정될 수 있다. 이 외부 표면(63)은 바람직하게는 매끄러우며; 편평하거나 반구형일 수 있고, 강성 또는 가요성일 수 있다. 이 렌즈가 통합된 광전지 필름(65)은 또한, 광전지를 함께 연결하고 전류를 수집하기 위해 필요한 전극, 통상적으로 박막 전극을 포함한다(도면에 미도시).
도 10은 본 발명의 또 다른 양태를 도시한다. 디스플레이 디바이스(1)는 통상적으로 기판(92) 상에 퇴적 또는 인쇄되며 배면 조명되는 화상 영역(91)의 어레이(90)를 포함한다. 상기 기판(92)은 유리하게는 투명 또는 적어도 반투명이며; 편평한 광원일 수 있다. 화상 영역(91)은 평행한 스트립을 형성할 수 있으며, 그의 종 방향은 렌티큘러 어레이(5)를 형성하는 렌즈(12)의 종 방향과 평행하다. 다른 양태에서와 같이, 렌티큘러 어레이(5)는 화상 영역으로부터 비롯된 광을 집속시킨다. 이 양태는 예를 들어 광고 포스터, 표지판, 건물 내외부에 배치된 장식판과 같은 고정 화상을 나타내는 대형 디스플레이 디바이스에 특히 적합하다.
도 11은 하기 방식으로 제조된, 본 발명에 따른 렌즈가 통합된 광전지 플레이트의 예를 개략적으로 도시한다: 수소화 비정질 실리콘 기반의 p-i-n형 광전지를 ZnO2의 도전성 및 투명 층으로 커버된 약 500 ㎛의 두께(H2)를 갖는 가요성 유리 기판(17) 상에 퇴적하였고, 이어서 그 광전지에 ITO 층을 퇴적하였다. 이 광전지는 약 8 V의 개회로 전압(open-circuit voltage)을 생성한다. ITO층을 산으로 습식 식각한 다음, 실리콘에 대해 SF6 분위기로부터 형성된 플라즈마에서 반응성 이온 식각(RIE) 함으로써, 이 광전지에서 평행한 스트립을 잘라내어 광전지 스트립의 어레이(6)를 수득하였다.
두께(H3)가 약 125 ㎛인 PET로 제조된 렌티큘러 플레이트(5)를 마이크로샤프(Microsharp)에 의해 시판되는, 피치(pitch)(L3)가 91 ㎛이고, 높이(H4)가 약 26 ㎛이며, 구경 각(aperture angle)이 120°인 원통형 렌즈와 함께 사용하였다.
광전지 플레이트와 렌티큘러 플레이트를 조립하여 렌즈가 통합된 광전지 플레이트를 형성하였다. 크기가 약 4.2 cm x 3.7 cm인 이 플레이트를, 개별 폭(L1)이 약 160 ㎛인 픽셀의 어레이(3)가 뒤에 있는 두께(H1)가 약 700 ㎛인 유리 플레이트가 갖추어진, 삼성(Samsung)에 의해 시판되는 SGH-F490형의 휴대폰 스크린상에 접착시켰다. 광전지 플레이트에 의해 배터리의 재충전이 가능하도록 하는 방식으로 광전지 플레이트와 휴대폰의 전원 공급 회로 간의 전기적 연결을 설정하였다.
1 디스플레이 디바이스
2 광원
3 화상 영역의 어레이
4 화상 영역
5 렌티큘러 어레이
6 광전지의 어레이
7,8 광전지
9 관찰자
11 반사 방지층
12 렌즈
13 오리피스
17 보호층
20 외부 광
21,22,23 광 빔
24,25 제1 및 제2 오목면
34,35 제1 및 제2 볼록면
40,41,42 화상 영역 부분
43,44,45 화상 영역 그룹
50,51,52 오리피스
60,61,62 렌즈
63 외부 표면
64 투명 필름
65 렌즈가 통합된 광전지 플레이트
66 디지털 디스플레이 스크린

Claims (16)

  1. 광전지들(photovoltaic cells)이 통합된 디스플레이 디바이스(1)로서,
    (a) 화상 영역들(4)의 어레이(3) - 상기 화상 영역들(4)의 어레이(3)는 광을 방출하거나, 상기 화상 영역들(4)의 어레이(3) 뒤에 배치된 광원(2)에 의해 배면 조명됨(backlit) -;
    (b) 복수의 광전지(7, 8) 및 복수의 오리피스(orifices)(13)에 의해 형성된 어레이(6) - 상기 복수의 오리피스(13)는 상기 어레이(6)의 2개의 이웃하는 광전지 사이에 형성됨 -;
    (c) 상기 화상 영역들(4)에 의해 방출된 광을 2개의 이웃하는 광전지(7, 8) 사이의 오리피스(13)로 집속(focus)시키는 것을 가능하게 하는 렌티큘러 어레이(lenticular array)(5)
    를 포함하고,
    상기 디바이스(1)는, 상기 렌티큘러 어레이(5)가 상기 화상 영역들(4)의 어레이(3)와 상기 광전지들(7, 8)의 어레이(6) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 디바이스(1)는 디지털 디스플레이 스크린인 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  3. 제2항에 있어서, 상기 디스플레이 디바이스(1)는 가요성 스크린인 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화상 영역들(4)은 픽셀들인 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌티큘러 어레이(5)는, 광전지들(7, 8)의 스트립에 평행한 종축을 갖는 동일한 렉티리니어 렌즈들(rectilinear lenses)의 병렬배치(juxtaposition)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌티큘러 어레이(5)의 렌즈들은, 평-볼록(plane-convex), 양면 볼록, 대칭, 비대칭, 구면 및/또는 비구면 렌즈들, 또는 가변 지수(variable-index) 렌즈들에 의해 형성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광전지들(7, 8)의 스트립의 어레이(6)는 보호층(17), 유리하게는 반사 방지층(11)이 제공된 보호층(17)에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광전지들(7, 8)은 비정질 또는 미세결정질 실리콘 기반, CdTe 기반 또는 CIGS 기반 또는 중합체 기반의 박막 전지들인 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광전지들(7, 8)은 적어도 부분적으로 가시광에 투과성인 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화상 영역들(4), 픽셀들 및/또는 픽셀들의 부분들은, 다양한 그룹의 화상 영역들, 픽셀들 및/또는 픽셀들의 부분들이 상이한 화상들을 생성하는 방식으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이 디바이스(1)는 그 외부면 상에 촉각 필름 또는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이 디바이스(1)는 2개의 상이한 광전지 세트, 즉 주변 광 또는 외부 광(20)의 광전지 변환에 전용인 하나의 세트, 및 픽셀들 및/또는 배면 조명 광원(2)에 의해 제공된 내부 광 또는 확산 광의 광전지 변환에 전용인 다른 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  13. 제12항에 있어서, 상기 디스플레이 디바이스(1)는 상기 외부 광을 변환하기 위해 광전지 플레이트의 외부 표면 상에 배치된 광전지들의 제1 세트, 및 상기 내부 광을 변환하기 위해 상기 광전지 플레이트의 내부 표면 상에 배치된 광전지들의 제2 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스(1).
  14. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 디지털 디스플레이 스크린(1)을 통합한 휴대용 또는 고정형 전자 장치.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 디스플레이 디바이스(1)의 제조를 위한 렌즈들(60)이 통합된 광전지 플레이트로서,
    바람직하게는 가요성 또는 반-강성(semi-rigid)인 투명 필름 또는 기판(64)을 포함하며,
    상기 필름은 렌티큘러 어레이(11)를 포함하고, 상기 필름은 광전지들(7, 8)의 어레이(5)를 포함하며, 상기 광전지들(7, 8)은 바람직하게는 적어도 하나의 연속적 또는 불연속적 보호층(17)에 의해 보호되는 광전지 플레이트.
  16. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 광전지들이 통합된 디스플레이 디바이스(1)를 제조하는 방법으로서,
    매끄러운 외부 표면(63)을 포함하는 디지털 디스플레이 스크린(66)이 제공되고, 제15항에 따른 렌즈들이 통합된 광전지 플레이트(65)가 제공되며, 상기 렌즈들이 통합된 광전지 필름(65)이 바람직하게는 접착제 도포(gluing)에 의해 상기 디지털 디스플레이 스크린(66) 상에 고정되어, 광전지들이 통합된 디지털 디스플레이 스크린(1)을 형성하는 방법.
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