KR20160039669A - 광전지 셀들이 통합된 백라이트형 디스플레이 장치 - Google Patents

광전지 셀들이 통합된 백라이트형 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20160039669A
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바드레 케르자비
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Abstract

발광 디스플레이 장치 상에 배치된 광전지 모듈을 제조하는 프로세스가 제공되며, 상기 광전지 모듈은 복수의 광전지 셀(1) 및 "오리피스"(7)라 하는 복수의 투명 영역을 포함하는 어레이(8)를 포함하고, 상기 광전지 모듈은 굴절 또는 반사에 의해 상기 장치에 의해 방출된 광을 오리피스(7)에 집중시킬 수 있는 광학 소자들의 어레이(3)를 포함한다.

Description

광전지 셀들이 통합된 백라이트형 디스플레이 장치{BACKLIT DISPLAY DEVICE WITH INTEGRATED PHOTOVOLTAIC CELLS}
본 발명은 백라이트형(backlit) 디스플레이 스크린 분야에 관한 것으로, 특히 디스플레이 표면에 광전지 셀들(photovoltaic cells)이 통합된 것을 보여주는, 전화기와 같은, 휴대용 전자 장치용 백라이트형 디스플레이 스크린에 관한 것이다.
백라이트형 영상 영역(backlit image zone)을 포함하는 디스플레이 스크린은 일반적으로 휴대용 전자 장치에 사용된다.
여기서, "백라이트형(backlit)" 영상 영역은 후면에서 조사하는 광원 앞에 위치한 영상 영역을 의미하는 것으로 의도된다. 이러한 "영상 영역(image zone)"은 예를 들어 픽셀, 복수의 픽셀 또는 픽셀(예를 들어, 액정 픽셀)의 일부, 그렇지 않으면 영상이 인쇄된 필름의 스트립일 수 있다. 백라이트형 스크린에서는, 콘트라스트를 향상시키기 위해 픽셀의 평면 뒤에 산란 광원이 배치된다.
휴대용 장치는 일반적으로, 그의 작동 수명이 중요한 사용 편의 인자인, 전기 배터리에 의해 전력이 공급된다. 이러한 작동 수명을 증가시키기 위해, 이들 휴대용 장치에 포토셀이 통합되어, 상기 장치의 동작에 필요한 전류의 일부를 생산한다. 상기 휴대용 장치의 외부 표면에 포토셀을 수용하기 위해 이용 가능한 공간이 매우 제한되는 한, 포토셀을 디스플레이 스크린에 통합하는 것이 바람직할 것이다.
종래 기술은 이러한 통합과 관련하여 일정수의 예를 보여준다. 첫 번째 접근법은 반투명 광전지 셀을 퇴적하는 것에 있다(EP 1174 756 (ETA), US 7,206,044 (Motorola), WO 2009/052326, US 2010/284055, WO 2009/065069 (Qualcomm), US 2010/245731 (Intel) 참조).
다른 접근법은, 픽셀에서 기원하는 광이 그들 사이를 통과하는 스트립들의 형태로, 광전지 층들(photovoltaic layers)을 퇴적하는 것에 있다(US 2002/0119592(BP), US 4,795,500(Sanyo), WO 2009/098459(M-Solv) 참조). 모든 이러한 접근법은 희미하거나, 소정의 셀 형태에 대해, 변환된 에너지에 비례하는 광전지 셀의 표면적이 작은 스크린을 초래한다.
문헌 US 2007/0102035 (X. Yang)에는 디스플레이 스크린 뒤에 배치된 렌즈를 갖는 시스템이 제안되어 있으며, 이것은 백라이팅 광을 포토셀이 덮지 않는 영역에 집중시키는 반면, 스크린의 표면에 배치된 포토셀이 덮는 영역은 주변의 산란광을 수집한다.
그러나, 일반적으로, 이러한 포토셀은 영상화 특성은 물론 그들이 통합된 스크린의 휘도도 저하시키지 않아야 하며, 이것이 이러한 포토셀에 이용 가능한 전체 표면이 실제로 매우 제한되는 이유이다. 실제로, 포토셀의 폭은 스크린의 해상도를 향상시키기 위해 최소화하고자 하는 공간인, 두 픽셀 사이의 공간보다 훨씬 더 클 수 없다. 포토셀이 더 큰 경우, 더 나아가 그들이 문헌 US 2007/0102035의 전술한 실시예의 경우와 같이 픽셀의 표면을 부분적으로 덮을 경우, 스크린에 의해 발생되는 영상의 휘도 및 해상도가 저하된다. 이와 같은 문헌은 백라이팅 광이 백라이팅 광원과 픽셀 어레이가 위치한 기판 사이에 배치된 렌즈에 의해 포토셀들 사이의 공간에 집중되는 또 다른 실시예를 포함한다. 이러한 실시예는 그의 측면 위치, 특히 이러한 실시예의 산업화 준비에 불리한 포토셀에 대한 그의 거리와 관련하여 렌즈의 매우 정확한 위치결정을 필요로 하는 단점을 보여준다. 더욱이, 스크린의 픽셀을 형성하는 액정을 구동하는 전계 효과 트랜지스터의 기판에 직접 백라이팅 광원을 통합하는 것을 불가능하게 만든다.
최근, 디스플레이 표면 상에 통합된 포토셀의 스트립을 갖춘 이러한 후자의 백라이트형 스크린 시스템은 문서 WO 2012/104503 및 WO 2013/054010(WYSIPS)에 기술된 바와 같이, 백라이트형 스크린의 픽셀에서 기원하는 광을 스트립들 사이에 집중시키고 따라서 광전지 스트립의 일정한 면적 부분에 대해 스크린의 휘도를 증가시킬 수 있는 렌티큘러 어레이를 이용하여 상당한 개선을 위한 출발점이 되었다.
렌티큘러 어레이의 제조는 렌티큘러 어레이의 렌즈의 형상을 표현하는 스트립 형태의 구조에 부합하도록 기판 상에 재료를 퇴적하거나 변형하여 수행된다. 재료 퇴적의 경우, 사용된 방법은 (전형적으로 폴리디메틸실록산으로 제조된) 주형(mold)에서 액체 또는 반액체 폴리머를 주조(casting)한 다음, 폴리머의 응고가 시행된다. 재료 변형의 경우, 이러한 방법은 고체 폴리머를 주형으로 스탬프한다. 전술한 두 가지 방법에서는, 렌티큘러 어레이의 큰 표면의 파상(undulations)으로 인해 폴리머가 주형에서 쉽게 분리되지 않기 때문에, 탈형(demolding)으로 이루어지는 마지막 단계는 까다로운 조작이고; 렌티큘러 어레이 및/또는 그 기판의 파손 우려가 있다. 더욱이, 탈형 및 연속 조작 동안에 렌티큘러 어레이의 렌즈의 표면이 열화될 수 있다. 그리고 마지막으로, 주형을 이용하면 주형의 표면을 분리제로 처리하거나, 유리에 가능한 적게 부착한 폴리머를 이용하는 것이 필요하고, 이러한 폴리머에는 선택적으로 특정 첨가제가 부여되지만, 이것은 응고된 폴리머의 광학 투명성을 저하시키지 않아야 하고, 폴리머의 에이징을 가속화시키지 않아야 한다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전술한 단점들 중 적어도 일부를 피하고, 효과적이고 내구성 있는 생산물로 이어지도록 한 간략화된 제조 방법을 제시하는 것이다.
본 발명에 따르면, 전술한 과제는 신규한 광전지 모듈을 제조하기 위한 신규한 방법에 의해, 그리고 본 발명의 요지를 나타내는 광전지 셀이 통합된 디스플레이 장치에 후자를 통합함으로써 해결된다. 상기 광전지 모듈은,
(a) 영상 영역들의 어레이 뒤에 배치된 광원에 의해 조명을 받거나(backlit) 광을 방출하는 영상 영역들의 어레이;
(b) 복수의 광전지 셀의 영역 및 복수의 오리피스로 형성된 어레이 - 그 어레이에서 광전지 셀의 적어도 두 개의 이웃하는 영역이 오리피스를 형성함 - ; 및
(c) 상기 영상 영역에 의해 방출된 광을 상기 오리피스에 집중시킬 수 있도록 하는 렌티큘러 어레이를 포함한다.
본 발명의 제1 요지는 특히 백라이트형 디스플레이 스크린용의 그러한 광전지 모듈의 제조 방법이며, 상기 광전지 모듈은 복수의 광전지 셀의 영역 및 오리피스라 하는 복수의 프리 영역을 포함하는 어레이를 포함하고, 상기 광전지 모듈은 상기 광을 상기 오리피스에 집중시킬 수 있는 렌티큘러 어레이를 포함하며, 상기 제조 방법에서,
- 복수의 광전지 셀의 영역 및 복수의 오리피스를 나타내는 어레이를 포함하는 기판이 공급되고;
- 광학 소자들의 어레이의 골(troughs)이 마루(crests)에 의해 질감형 편광자(textured polarizer)의 질감형 표면(textured surface) 상에 나타내고 상기 광학 소자들의 어레이의 마루가 상기 질감형 편광자의 표면의 골에 의해 나타내는 방식으로, 상기 광학 소자들의 어레이의 네거티브 형상을 나타내는 마루 및 골의 어레이로 이루어진 질감형 표면을 포함하는 상기 질감형 편광자가 공급되고;
- 상기 질감형 편광자의 질감형 표면이 액체 또는 반액체 투명 폴리머의 도움으로 상기 광전지 셀을 포함하는 상기 기판의 표면 상에 고정되고, 상기 질감형 편광자 및 상기 기판의 각 위치결정은 상기 질감형 편광자의 마루 또는 골이 대략 상기 광전지 셀의 영역의 중심 또는 상기 오리피스의 중심과 나란히 정렬되도록 하며;
- 상기 질감형 편광자와 광전지 셀의 영역을 포함하는 상기 기판 사이의 결합을 얻기 위해 상기 폴리머의 교차결합이 수행된다.
일 실시예에서, 상기 광전지 셀의 어레이는 적어도 부분적으로 유색 영상 영역들의 어레이로 덮인다.
본 발명에 따른 상기 방법은 상기 질감형 편광자를 제조하는 단계들, 즉 다음과 같은 단계들:
o 제1 편광자를 공급하고,
o 액체 또는 반액체 폴리머를 그의 표면 중 하나 상에 퇴적하고,
o 상기 질감형 표면을 얻기 위해, 예를 들어, 질감형 패드 또는 롤의 도움으로 원하는 질감(texture)을 상기 폴리머에 전달하고;
o 상기 폴리머의 교차결합을 수행하는 것을 포함할 수 있으며,
인식하듯이, 상기 폴리머는 교차결합 후에 광학적으로 투명해야 한다.
상기 폴리머는 상기 제1 편광자의 것과 동일한 재료일 수 있다.
대안으로, 본 발명에 따른 상기 방법은 상기 질감형 편광자를 제조하는 다음과 같은 단계들:
o 제1 편광자를 공급하고,
o 상기 질감형 표면을 얻기 위해, 예를 들어, 질감형 패드 또는 롤의 도움으로 원하는 질감을 그의 표면 중 하나로 전달하는 것을 포함할 수 있다.
상기 폴리머는 상기 제1 편광자의 것과 동일한 재료일 수 있다. 상기 재료가 동일하든 아니든, 상기 폴리머의 광학 지수는 상기 편광자의 것과 동일한 적어도 ±0.05 이내로(및 바람직하게는 적어도 ±0.03 이내로) 하는 것이 바람직하다.
상기 질감형 편광자는 다음과 같은 방법, 즉
o 편광자를 공급하고,
o 상기 질감형 표면을 얻기 위해, 예를 들어, 질감형 패드 또는 롤의 도움으로 원하는 질감을 그의 표면 중 하나로 전달하는 것에 의해 제조될 수 있다.
대안으로, 상기 질감형 편광자는 다음과 같은 방법, 즉
o 제1 편광자를 공급하고,
o 액체 또는 반액체 폴리머를 그의 표면 중 하나 상에 퇴적하고,
o 상기 질감형 표면을 얻기 위해, 예를 들어, 질감형 패드 또는 롤의 도움으로 원하는 질감을 이 폴리머로 전달하고;
o 상기 폴리머의 교차결합을 수행하는 것에 의해 제조될 수 있으며,
인식하듯이, 상기 폴리머는 교차결합 후에 광학적으로 투명해야 한다.
이와 같은 광전지 모듈의 신규한 제조 방법은 렌티큘러 어레이가 여전히 주형 방법에 의해 제조되더라도 상기 렌티큘러 어레이의 탈형을 피하고; 본 발명에 따르면 주형은 실제 장치의 구성 요소, 즉 제1 편광자 또는 제1 편광자와 접촉하는 광학 층이다.
본 발명에 따른 다른 요지는 본 발명에 따른 방법 중 하나에 의해 얻을 수 있는 렌티큘러 어레이를 갖는 광전지 모듈이며, 상기 광전지 셀이, 예를 들어 비정질 또는 미정질 실리콘에 기반하거나, CdTe에 기반하거나, 구리-인듐-갈륨-셀레늄에 기반하거나, 또는 폴리머에 기반하여 무기 및/또는 유기 재료의 얇은 층으로 제조된 셀인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 요지는 광전지 셀 및 렌티큘러 어레이가 통합된 디스플레이 장치이며, 상기 장치는 방출된 광의 방향을 따라 순서대로,
- 발광판과 같은 광원;
- 선택적인 방식으로, 복수의 개별 필름을 포함할 수 있는 시준 장치;
- 편광자(여기서 "2 편광자"라 함);
- 특히 액정 기반의 전기-광학 변조기;
- 편광자(여기서 "1 편광자"라 함);
- 유리하게는 (바람직하게는 적어도 ±0.05 이내로, 더욱더 바람직하게는 적어도 ±0.03 이내로) 근접하거나 실제로 상기 제1 편광자의 것과 동일한 광학 지수를 보이는 질감형 광학 층 - 인식하듯이 이러한 질감형 광학 층은, 그것이 상기 렌티큘러 어레이의 제조를 위한 주형으로 작용할 수 있도록 하기 위해 상기 렌티큘러 어레이의 파상으로 적절히 질감화된 상기 제1 편광자 자체의 표면인 경우에는, 존재하지 않을 수 있음 - ;
- 렌티큘러 어레이;
- 유색 영상 영역들의 어레이;
- 광전지 셀의 영역들의 어레이; 및
- 상기 광전지 셀의 영역들의 어레이를 보호하고, 상기 광전지 셀의 영역이 그들의 제조 동안에 퇴적될 수 있는 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 요지는 광전지 셀 및 렌티큘러 어레이가 통합된 디스플레이 장치이며, 상기 장치는 방출된 광의 방향을 따라 순서대로,
- 발광판과 같은 광원;
- 선택적으로, 복수의 개별 필름을 포함할 수 있는 시준 장치;
- "2 편광자"라 하는 편광자;
- 특히 액정 기반의 전기-광학 변조기;
- 유색 영상 영역들의 어레이;
- "제1 편광자"라 하는 편광자;
- 유리하게는 (바람직하게는 적어도 ±0.05 이내로, 더욱더 바람직하게는 적어도 ±0.03 이내로) 근접하거나 실제로 그것이 접촉하는 상기 제1 편광자의 것과 동일한 광학 지수를 보이는, 상기 렌티큘러 어레이의 파상으로 질감화된 광학 층 - 인식하듯이 이러한 질감형 광학 층은, 그것이 상기 렌티큘러 어레이의 제조를 위한 주형으로 작용할 수 있도록 하기 위해 상기 렌티큘러 어레이의 파상으로 적절히 질감화된 상기 제2 편광자 자체의 표면인 경우에는, 존재하지 않을 수 있음 - ;
- 렌티큘러 어레이;
- 광전지 셀의 영역들의 어레이; 및
- 상기 광전지 셀의 영역들의 어레이를 보호할 수 있고, 그 위에 상기 광전지 셀의 영역이 그들의 제조 동안에 퇴적될 수 있는 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 디스플레이 장치의 특정 실시예에서,
- 상기 광전지 셀의 영역들은 평행한 광전지 스트립들이고,
- 상기 오리피스는 프리 스트립이고, 두 개의 이웃하는 광전지 스트립은 프리 스트립의 범위를 정하고;
- 상기 렌티큘러 어레이는, 그의 종축이 상기 광전지 셀의 스트립에 평행한, 병렬의 동일한 직선 렌즈를 포함한다.
상기 렌티큘러 어레이는 원통형 렌즈를 포함하는 복수의 렌티큘러 스트립 또는 육각형 구면 렌즈의 복수의 렌티큘러 스트립으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 장치는 사용자를 향하는 그의 외부 표면 상에 터치스크린을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 디스플레이 장치는 영상 영역들의 어레이를 포함한다. 이것은 픽셀들을 수반할 수 있다. 여기서, 용어 "픽셀"은 고유한 색의 유색 필터에 대응하는 개별 픽셀, 또는 각 영역에 의해 방출된 강도의 함수로서 결정된 색의 (전형적으로 관측자에 의해 발광 도트로서 인지된) 발광 패치를 생성하도록 협력하는 여러 개의 유색 필터(전형적으로 세 개의 색, 즉, 청색, 적색 및 녹색)에 대응하는 픽셀의 복수의 부분들을 포함한다. 이들 영상 영역 또는 픽셀은 정렬된 어레이를 형성한다. 픽셀 기반 디스플레이 기술은 통상의 기술자에게 알려져 있다. 본 발명에 따른 상기 스크린은 (예를 들어 LCD(액정 디스플레이) 형태의 스크린의 경우에 또는 인쇄된 평행 스트립 형태의(바람직하게는 반투명한) 영상 영역을 포함하는 광고 패널의 경우에) 영상 영역 또는 픽셀의 어레이 뒤에 배치된 광원에 의해 조명을 받을 수 있다. 상기 스크린은 가요성 또는 강성 스크린일 수 있다. 이것은, 그의 외부 표면 상에, 터치 감지 경로에 의해 사용자에 의한 데이터의 입력을 가능하게 하기 위해, 터치 감지층 또는 필름을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 영상 영역, 픽셀 및/또는 픽셀들의 부분들은 다양한 그룹의 영상 영역, 픽셀 및/또는 픽셀 요소가 서로 다른 영상을 발생하는 방식으로 정렬된다.
본 발명에 따른 상기 광전지 모듈은 영상 영역 또는 픽셀에서 기원하는 광이 통과할 수 있는 복수의 오리피스(즉, 어떠한 광전지 셀도 포함하지 않는 영역, 예를 들어 프리 스트립)과 교호하는 복수의 PV 셀의 영역(또는 스트립)(여기서 "PV"라는 약어는 "광전지(photovoltaic)"를 의미함)을 더 포함한다. 상기 광전지 셀의 영역(예를 들어 상기 광전지 스트립) 및 상기 오리피스(예를 들어 상기 프리 스트립)는 임의의 길이 또는 폭 치수를 가질 수 있고; 그들은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 길이 또는 폭 전체에 걸쳐, 또는 단지 일부에 걸쳐 분산될 수 있으며; 그래서 상기 디스플레이 장치는 여러 세트의 광전지 셀의 영역을 포함할 수 있다. 상기 광전지 셀의 영역 또는 스트립은 적절한 기판, 예를 들어 판 또는 필름 상에 퇴적될 수 있고; 그들의 기판 상에 퇴적된 광전지 셀의 영역 또는 스트립을 "광전지 판(photovoltaic plate)"이라 하며, 이것은 결코 그것이 기계적으로 강성이라는 것을 함축하지 않는다. 반면에, 상기 기판은 탄력적이고, 유연할 수 있다. 상기 광전지 셀의 영역은 임의의 형상, 예를 들어 직사각형을 가질 수 있다. 상기 광전지 셀의 영역(예를 들어 상기 광전지 스트립) 및 상기 오리피스(예를 들어 상기 프리 스트립)는 등거리일 수 있거나, 그렇지 않고 정렬된 어레이를 형성할 수 있다. 상기 오리피스(예를 들어 프리 스트립)에 의해, 광전지 판은 부분적으로 투명하고; 상기 광전지 판의 소위 외부 광학 투과도(Text)는 대부분 상기 광전지 셀이 차지하는 면적 비율(areal fraction)에 의해, 그리고 그들의 고유 광학 투과도에 의해 결정된다.
모든 실시예에서, 광전지 셀의 영역 또는 스트립은 하나 이상의 광전지 셀을 포함할 수 있고, 두 번째 경우에 이들 태양 셀은 동일하거나 다른 특성(재료 및/또는 구조), 형상 및 치수를 가질 수 있고, 그들은 직렬로 및/또는 병렬로 전기적으로 배치될 수 있다. 이러한 형태의 셀은 특히 강도가 낮은 광(산란광, 실내 광)을 변환하는데 적합하기 때문에 상기 광전지 셀의 영역(예를 들어 상기 광전지 스트립)은 유리하게 비정질 또는 미정질 실리콘에 기반한 얇은 층 형태의 광전지 셀이지만; 그러나 임의의 다른 적절한 기술을 이용하여, 예를 들어 CdTe 또는 CIGS(구리-인듐-갈륨-셀레늄)에 기반하거나 폴리머에 기반하여 이들 광전지 셀을 생성하는 것도 가능하다. 이것은 p-i-n 또는 p-n형의 접합, 그렇지 않으면 탠덤 셀 - 즉, 바람직하게는 상이한 부분의 발광 스펙트럼을 흡수하는 두 개의 중첩 셀을 포함함 - 을 수반할 수 있다. 그들은 가시광 및/또는 자외선 및/또는 적외선을 전기로 변환하도록 설계될 수 있다. 그들은 적어도 부분적으로 가시광에 투명할 수 있다. 그들은 유리하게 반사 방지층을 구비하는 보호층에 의해 보호될 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 또한 복수의 렌즈를 포함한다. 이들 렌즈는 동일하거나 서로 다를 수 있다.
일 실시예에서, 기본적인 렌티큘러 어레이는, 그의 종축이 광전지 셀의 스트립에 평행한, 병렬의 동일한 직선 렌즈들을 포함한다.
유리하게는, 상기 광전지 어레이, 상기 렌티큘러 어레이 및 상기 픽셀 어레이의 각 표면은 평면(및 실질적으로 평행)이거나, 특히 스크린이 가요성 스크린인 경우에 (등거리를 유지하면서) 곡면이다. 상기 렌티큘러 어레이는 PET와 같은 적절한 투명 플라스틱으로 제조될 수 있다.
일반적인 방식으로, 상기 렌티큘러 어레이를 형성하는 렌즈는 임의의 적절한 형상 및 적합한 특성을 가질 수 있으며; 이것은 특히 한 면이 볼록한(plano-convex) 또는 양면이 볼록한(biconvex) 렌즈, 그렇지 않으면 구면 및/또는 비구면 렌즈, 그렇지 않으면 대칭 또는 비대칭 렌즈, 그렇지 않으면 지수 가변 렌즈를 수반할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 영상 영역들의 어레이는, 유리하게 각 영상 영역 또는 영상 영역의 일부에서 기원하고 상기 렌티큘러 어레이의 대응하는 렌즈에 의해 수신되는 광이 상기 광전지 판의 오리피스 중 하나를 통해 전체적으로 또는 적어도 대부분 통과하도록 이 렌즈에 의해 편향되고 및/또는 집중되는 방식으로, 상기 렌티큘러 어레이에 대하여 그리고 상기 광전지 판에 대하여 위치한다.
본 발명은 많은 이점을 보여준다. 본 발명은 그 품질의 신뢰성을 향상시키면서 PV 모듈의 제조 방법에 필요한 시간을 감소시킨다. 실제로, 상당한 스크랩화 레이트(scrappage rate)를 보이는 단계인 렌티큘러 어레이를 탈형하는 단계를 생략한다. 또한 접착 단계 및 선택적으로 주형의 표면 처리 단계를 생략한다.
본 발명의 디스플레이 장치(40)는 종래 기술에 따른 디스플레이 장치를 기준으로, 장치에 존재하는 유리판의 두께에 의해 결정되는 장치의 전체 두께를 더 감소시킨다. 실제로, 종래 기술에 따른 디스플레이 장치에서, 유색 영상 영역은 일반적으로 특정 기판(전형적으로 유리판) 상에 퇴적된다. 디스플레이 장치(40)에서, 이러한 추가적인 기판은 유색 영상 영역을 PV 어레이의 기판 상에 직접 퇴적시킴으로써 회피한다. 두께 이외에, 장치에서 유리판의 확산은 그의 소매 원가를 증가시키며, 박판 유리는 고가 제품이다. 따라서 본 발명은 디스플레이 장치(40)의 제조 비용을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
도 1a는 종래 기술에 따른 광전지 스트립을 갖는 디스플레이 스크린의 광학 구조의 횡단면을 모식적으로 도시하고, 도 1b는 광전지 셀을 적재하는 기판의 기하학적 구조 및 렌티큘러 어레이의 기하학적 구조에 주목하여 이러한 장치의 추출부의 횡단면을 모식적으로 도시한다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e, 도 2f 및 도 2g는 본 발명에 따른 방법의 여러 단계들을 예시하는 물체의 횡단면을 모식적으로 도시한다.
도 3은 도 2에 예시된 방법의 단계들을 구현함으로써 제조될 수 있는 본 발명에 따른 생산물의 횡단면을 모식적으로 도시한다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d, 도 4e 및 도 4f는 본 발명에 따른 다른 방법의 여러 단계들을 예시하는 객체들의 횡단면을 모식적으로 도시한다.
도 5는 도 4에 예시된 방법의 단계들을 구현함으로써 제조될 수 있는 본 발명에 따른 생산물의 횡단면을 모식적으로 예시한다.
도 6은 원통형 렌즈(도 6a) 또는 육각형의 구면 렌즈(도 6b)로 구성된 렌티큘러 어레이뿐 아니라, 단면에서 보이는 이러한 렌티큘러 어레이의 기하학적 파라미터(도 6c)를 도시한다.
도 7은 광전지 셀의 영역이 평행 스트립의 어레이를 형성하고 그 중 두 개의 이웃하는 스트립이 프리 스트립의 범위를 정하는 경우(도 7a), 광전지 셀이 스트립의 형상을 갖고 그 각각이 오리피스를 나타내는 두 개 또는 (접촉점에서) 세 개의 육각형 영역의 범위를 정하는 경우(도 7b), 및 광전지 셀이 렌티큘러 어레이와 관련된 경우(도 7c)의 광전지 셀 영역들의 기하학적 파라미터를 정의한다.
도 8은 도 5에 기술된 본 발명에 따른 생산물의 변형예의 횡단면을 모식적으로 도시한다.
도 1a는 디스플레이 장치(16)에서 기원하는 광을 광전지 스트립(1', 1") 사이의 공간("오리피스")(7)에 집중시킬 수 있는 렌티큘러 어레이(3)를 포함하는 알려진 형태의 디스플레이 스크린을 모식적으로 도시한다. 후자는 기판(2) 상에 퇴적된다. 디스플레이 장치(16)와 렌티큘러 어레이(3)의 렌즈들(19)의 표면 사이의 공간(21)은 공기 공간이거나, 그렇지 않으면 광학적으로 투명한 접착제로 채워질 수 있다.
도 1b는 알려진 스크린의 광학 구조의 일부의 횡단면을 모식적으로 도시한다. 전형적으로 평행 스트립 형태의 광전지 셀들(1)은 기판(2), 전형적으로 유리 상에 퇴적되고, 렌티큘러 어레이(3)에 의해 개재된다. 후자는 마루(crests)(14)가 두 개의 광전지 스트립(1) 사이의 중간에, 그리고 골(troughs)(15)이 광전지 스트립(1)의 중간에 위치하는 방식으로 광전지 스트립(1)에 평행하게 배치된 마루(14) 및 골(15)을 포함하는 병렬 파상(undulations)(23)을 포함한다. 상기 파상은 렌즈의 역할을 한다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 필수 부분, 즉 렌티큘러 어레이를 갖는 반투명 광태양 모듈을 제조하기 위한 본 발명에 따른 제1 방법을 모식적 방식으로 도시한다.
"광전지 셀들(1)의 어레이(8)"라 하는, 복수의 광전지 셀의 영역(1) 및 복수의 오리피스(7)로 형성된 어레이(8)가 그 위에 퇴적된 기판(2)이 공급된다(도 2a). 이러한 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이(8) 위에는 유색 영상 영역들의 어레이(4)가 퇴적된다(도 2b). 이러한 유색 영상 영역들의 어레이(4)는 전형적으로 각 픽셀마다 색이 다른 세 개의 필터(4', 4'', 4'''), 즉 적색 필터, 청색 필터 및 녹색 필터를 포함한다. 따라서, 제1 중간 생산물이 얻어진다.
기판(2) 상에 광전지 셀들(1)의 어레이(8)를 퇴적하기 위해 몇 가지 퇴적 접근법 및 기법이 이용될 수 있으며; 특히 마스크의 도움을 받아 프리 영역(오리피스)(7)을 가림으로써 광전지 셀의 영역(1)이 퇴적될 수 있으며, 및/또는 먼저 광전지 셀(들) 중 하나 이상의 큰 영역(들)을 퇴적한 후 에칭 방법에 의해 오리피스(7)를 제거하는 것이 가능하다.
독립적인 방식으로, 제1 편광자(10)가 공급되고, 상기 편광자(10) 상에 폴리머가 퇴적되며 임의의 적절한 기술, 예를 들어 질감형 롤 또는 패드를 이용하여 렌티큘러 어레이에 바람직한 질감이 이 폴리머에 전달된다. 이러한 질감은 펜티큘러 표면을 형성한다. 상기 폴리머는 액체, 고체 또는 반고체 층의 형태로 퇴적될 수 있으며, 그것은 사용된 폴리머에 적절한 임의의 기법에 의해(예를 들어 열적 또는 광화학적 효과에 의해) 질감화(texturization) 후에 경화될 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 편광자(10) 상에 부분적으로 용융된 플라스틱 필름을 퇴적하고, 원하는 질감을 그곳으로 전달한 다음, 그것을 냉각시킴으로써 경화하는 것이 가능하다. 대안으로, 질감형 롤의 도움으로 액체 또는 반액체 폴리머를 제1 편광자(10) 상에 퇴적하고 이 액체 또는 반액체 필름을 경화하는 것이 가능하다. 따라서, 렌티큘러 표면이 원하는 렌티큘러 어레이의 네거티브 형상을 보이는 질감형 층(9)을 갖는 제1 편광자(10)가 얻어진다(도 2c). 이러한 네거티브 형상은 렌티큘러 어레이의 골(15)을 표현하는 마루(32), 그리고 렌티큘러 어레이의 마루(14)를 표현하는 골(33)을 특징으로 하며, 그 사이에서 개별 렌즈(19)의 표면의 형상이 연장된다.
따라서, "질감형 편광자"(20)라 하는 제2 중간 생산물이 얻어진다.
상기 질감형 층(9)을 형성하는 상기 폴리머는 유리하게 상기 제1 편광자(10)의 것과 동일한 재료이거나, 매우 유사하거나 실제로 동일한 광학 지수를 보이는 재료이다. 따라서, 내부 반사에 의한 광학 손실이 방지된다.
다음 단계에서는, 상기 질감형 층(9) 상에 굴절률이 높은 광학적으로 투명한 폴리머(접착제)(17) 층이 퇴적되고(도 2d); 이 접착층은 액체 또는 반액체일 수 있다. 상기 제1 중간 생산물은 상기 접착층(17) 상에 놓이고 필요하다면 두 개의 구성 요소의 각각의 위치결정이 조정된다. 렌티큘러 어레이(3)의 골(15) 및 마루(14)에 대한 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이(8)의 위치결정은 실제로 중요하고(도 2e); 렌티큘러 어레이(3)의 렌즈가 광을 두 렌즈(1', 1") 사이의 오리피스(7)에 집중시킬 수 있도록 하기 위해, 상기 렌티큘러 어레이(3)의 골(15)은 광전지 셀의 영역(1)의 중심에 그리고 마루(14)는 오리피스(7)의 중심에 있을 수 있다. 이런 이유로, 기판(2)에 대한 질감형 편광자(20)의 정렬은 질감형 편광자(20)의 마루(32)가 광전지 셀의 영역(1)의 중심에 그리고 골(33)이 오리피스(7)의 중심에 있되도록 해야 한다. 두 개의 구성 요소를 정확하게 위치 및 정렬시킨 후, 접착제(17)의 교차결합이 수행되고, 따라서 렌티큘러 어레이를 형성하고; 질감형 층(9)은 렌티큘러 어레이(3)의 주형으로 작용한다. 접착제(17)의 선택 기능으로, 상기 교차결합은 열적으로 또는 바람직하게는 광교차결합성(photocrosslinkable) 접착제(17)를 선택함으로써 광화학적으로 행해질 수 있다(도 2f). 따라서, 렌티큘러 어레이(3)를 보이는 제3 중간 생산물(도 2g)이 얻어진다. 이러한 제3 중간 생산물을 "렌티큘러 어레이 및 유색 영상 영역들의 어레이를 갖는 PV 모듈"(30)이라 한다.
본 방법의 변형예(도면에 미예시)에서, 질감형 편광자를 제조하기 위해, 제1 편광자 상에 질감형 층이 퇴적되지 않고, 재료의 제거나, 액체, 반액체 또는 고체 상태로부터의 변형에 의해 제1 편광자의 재료가 직접 질감화되며; 그래서 그것은 상기 광학적으로 투명한 폴리머를 기반으로 렌티큘러 어레이의 퇴적을 위한 주형으로 작용하는 상기 제1 편광자의 질감형 표면이 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 "렌티큘러 어레이 및 유색 영상 영역들의 어레이를 갖는 PV 모듈"(30)(즉, 본 발명에 따른 제1 방법에 의해 얻은 중간 생산물)은, 본 발명에 따른 제1 생산물(디스플레이 스크린)(40)을 얻기 위해, 아래에서 설명되는 "유색 필터가 통합되지 않은 디스플레이 모듈"(18) 상에 배치될 수 있다. 이러한 유색 필터가 통합되지 않은 디스플레이 모듈(18)은 본 발명에 따른 PV 모듈(30)에 이미 통합된 유색 영상 영역을 포함하지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 상기 제1 생산물(40)의 횡단면을 모식적으로 도시한다. 그것은 상기 전기-광학 변조기(5) 뒤에 위치한 광원(6)에 의해 조명을 받을 수 있는, 예를 들어 액정 기반의 전기-광학 변조기(5)를 포함한다. 이러한 광원은 도 3에 도시된 바와 같은 하나 이상의 발광 다이오드(12), 또는 다른 것에 의해 조사될 수 있는 판 또는 필름일 수 있다.
본 발명에 따른 장치(40)는 복수의 광전지 셀의 영역(1) 및 복수의 오리피스(7)로 형성된 어레이(8)를 포함하며, 그 어레이에서 광전지 셀의 적어도 두 개의 이웃하는 영역(1', 1")이 오리피스(7)를 형성한다. 이러한 광전지 셀의 영역들의 어레이(8)는 기판(2) 상에 퇴적된다. 장치(40)는 상기 영상 영역에 의해 방출된 광을 굴절에 의해 상기 오리피스(7)에 집중시킬 수 있는 복수의 렌즈로 형성된 렌티큘러 어레이(3)를 포함한다. 영상 영역(4)은 렌티큘러 어레이(3)와 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이(8) 사이에 위치한다. 여기서 "제1 편광자"라 하는 필름 또는 판 형태의 편광자(10)는 렌티큘러 어레이(3)와 전기-광학 변조기(5) 사이에 배치된다. 여기서 "제2 편광자"라 하는 역시 필름 또는 판 형태의 다른 편광자(11)는 광원(6)과 전기-광학 변조기(5) 사이에 배치된다. 유리한 실시예에서, 광원(6)에 의해 방출된 광은 영상 영역(4)의 어레이를 조사하기 전에 시준된다. 이러한 시준은 광학 층에 기반할 수 있는 시준 장치(13)의 도움으로 성취될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 제1 장치(40)의 광학 구조는 방출된 광의 방향을 따라 순서대로,
- 광원(6), 예를 들어 판, - 그로부터의 광은 그의 가장자리 면에서 상기 판을 조사할 수 있는, 예를 들어 하나 이상의 발광 다이오드(12)에서 기원할 수 있음 - ;
- 선택적으로, 복수의 개별 필름을 포함할 수 있는 시준 장치(13);
- "2 편광자"(11)라 하는 편광자;
- 특히 액정 기반의 전기-광학 변조기(5);
(인식하듯이 상기 광원(6), 상기 2 편광판(11) 및 상기 전기-광학 변조기(5)로 형성된 조립체는(상기 시준 장치(13)는 표시된 바와 같이 상기 조립체에 광학적으로 추가될 수 있음) 여기서 "색 필터(18)가 통합되지 않은 디스플레이 모듈"이라 함),
- "제1 편광자"(10)라 하는 편광자;
- 유리하게는 (바람직하게는 적어도 ±0.05 이내로, 더욱더 바람직하게는 적어도 ±0.03 이내로) 또는 실제로 그것이 접촉하는 제1 편광자(10)의 것과 동일한 광학 지수를 보이는 질감형 광학 층(9); 이러한 질감형 광학 층(9)은 상기 장치(40)에서 다른 기능을 발휘할 필요가 없고, 그 역할은 제조 방법 동안에 전술한 바와 같이 액체 또는 반액체 폴리머("접착제")(17)를 기반으로 렌티큘러 어레이(3)의 제조를 위한 주형으로 작용하기 위한 것이며; 이러한 질감형 광학 층(9)은, 그것이 전술한 바와 같이 렌티큘러 어레이(3)의 제조를 위한 주형으로 작용할 수 있도록 하기 위해 렌티큘러 어레이(3)의 파상으로 적절히 질감화된 상기 제1 편광자(10) 자체의 표면인 경우에는, 존재하지 않을 수 있음;
- 렌티큘러 어레이(3);
- 유색 영상 영역(4', 4'', 4''')의 어레이(4);
- 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이; 및
- 상기 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이를 보호하고, 그 위에 상기 광전지 셀의 영역(1)이 그들의 제조 동안에 퇴적될 수 있는 기판(2)을 포함한다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 필수 부분을 제조하기 위한 제2 방법을 도시한다. 본 방법은 도 4b에서 동일하게 도시된 도 2c의 질감형 편광자(20)를 중간 생산물로서 이용한다. 제1 방법의 경우에서와 같이, 그리고 본 방법의 변형예(도면에 미예시)로서, 질감형 편광자(20)를 제조하기 위해 질감형 광학 층(9)을 퇴적하는 대신 그 재료가 질감화된 제1 편광자(10)을 이용하는 것도 가능할 것이며; 이러한 제1 편광자(10)의 질감은 재료의 제거에 의해서나, 액체, 반액체 또는 고체 상태로부터의 변형에 의해 얻어질 수 있으며; 그래서 그것은 상기 광학적으로 투명한 폴리머(17)를 기반으로 렌티큘러 어레이(3)의 퇴적을 위한 주형으로 작용하는 상기 제1 편광자(10)의 질감형 표면이다.
이와 같은 제2 방법에서, 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이가 퇴적된 기판(2)이 공급된다(도 4a). 독립적인 방식으로, 상기 질감형 편광자(20)가 공급된다. 상기 질감형 편광자(20)의 질감형 표면 상에 굴절률이 높은 광학적으로 투명한 폴리머(접착제) 층(17)이 퇴적되며(도 4c), 이러한 질감형 표면은 편광자의 질감형 표면이나 상기 질감형 층(9)의 질감형 표면이다.
상기 접착층(17) 상에는 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이를 갖는 상기 기판(2)이 놓이며 필요하다면 두 개의 구성 요소의 각 위치결정이 조정된다. 렌티큘러 어레이의 골(15) 및 마루(14)에 대한 광전지 셀의 영역(1)의 위치결정은 실제로 중요하고(도 4d); 렌티큘러 어레이(3)의 렌즈가 광을 두 렌즈(1', 1") 사이의 오리피스(7)에 집중시킬 수 있도록 하기 위해, 상기 렌티큘러 어레이(3)의 골(15)은 광전지 셀의 영역(1)의 중심에, 그리고 마루(14)는 오리피스(7)의 중심에 있어야 한다. 이런 이유로, 기판(2)에 대한 질감형 편광자(20)의 정렬은 질감형 편광자(20)의 마루(32)가 광전지 셀의 영역(1)의 중심에 그리고 골(33)이 오리피스(7)의 중심에 있도록 해야 한다. 두 개의 구성 요소를 정확하게 위치 및 정렬시킨 후, 접착제(17)의 교차결합이 수행됨으로써, 렌티큘러 어레이(3)를 형성하고; 질감형 층(9)은 렌티큘러 어레이(3)의 주형으로 작용한다. 접착제(17)의 선택 기능으로, 상기 교차결합은 열적으로 또는 바람직하게는 광교차결합성 접착제(17)를 선택함으로써 (도 4e에서와 같이) 광화학적으로 행해질 수 있다. 따라서, 렌티큘러 어레이(3)를 보여주는 제4 중간 생산물이 얻어진다(도 4f). 우리는 이러한 제4 중간 생산물을 "유색 영상 영역들의 어레이를 갖지 않는 렌티큘러 어레이를 갖는 PV 모듈"(31)이라 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제2 방법에 의해 얻어진 유색 필터(31)를 갖지 않는 상기 렌티큘러 편광자는 본 발명에 따른 제2 생산물을 얻기 위해 제1 편광자(10)가 상기 디스플레이 장치의 하류에 배치되는 방식으로 아래에서 설명되는 "유색 필터가 통합된 디스플레이 모듈(22)" 상에 놓일 수 있다("상류" 및 "하류"라는 방향 용어는 광원에서 광원의 하류에 위치한 장치(41)의 사용자를 향해 진행하는 광의 방향을 말한다). 유색 필터가 통합된 상기 디스플레이 모듈(22)이 유색 필터의 어레이(4)를 포함하는 경우, 후자는 전기-광학 변조기(5)와 제1 편광자(10) 사이에 배치된다. 이러한 유색 영상 영역들의 어레이(4)는 전형적으로 각 픽셀마다 세 개의 영역(4', 4'', 4'''), 즉 적색 영역, 청색 영역 및 녹색 영역을 포함한다.
도 5는 본 발명에 따른 제2 디스플레이 장치(41)의 횡단면을 모식적으로 도시한다. 이 장치는 상기 전기-광학 변조기(5)의 상류에 위치한 광원(6)에 의해 조명을 받는 유색 영상 영역(4', 4'', 4''')이 하류에 제공된 특히 액정 기반의 전기-광학 변조기(5)를 포함한다. 이러한 광원(6)은 도 5에 도시된 바와 같은 하나 이상의 발광 다이오드(12), 또는 다른 것에 의해 조사될 수 있는 판 또는 필름일 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 장치(41)는 복수의 광전지 셀의 영역(1) 및 복수의 오리피스(7)로 형성된 어레이(8)를 더 포함하며, 그 어레이에서 광전지 셀의 적어도 두 개의 이웃하는 영역(1', 1")이 오리피스(7)를 형성한다. 이러한 광전지 셀의 영역들의 어레이(8)는 기판(2) 상에 퇴적된다. 장치(41)는 상기 영상 영역에 의해 방출된 광을 굴절에 의해 상기 오리피스(7)에 집중시킬 수 있는 복수의 렌즈로 형성된 렌티큘러 어레이(3)를 더 포함한다. 상기 렌티큘러 어레이(3)는 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이(8)와 광학적으로 접촉한다. 여기서 "제1 편광자"라 하는 필름 또는 판 형태의 편광자(10)는 렌티큘러 어레이(3)와 영상 영역(4) 사이에 배치된다. 여기서 "제2 편광자"라 하는 역시 필름 또는 판 형태의 다른 편광자(11)는 광원(6)과 전기-광학 변조기(5) 사이에 배치되고, 바람직하게는 전기-광학 변조기(5)와 광학적으로 접촉한다.
적어도 부분적으로 투명한 매체 사이에서 "광학적 접촉"이라는 용어는 여기서 두 개의 매체 사이의 계면을 통과하는 광빔이 단일 계면과만 만나는 방식으로 어떠한 공극과도 접촉하지 않는 것을 의미한다.
이와 같은 제2 실시예의 유리한 실시예에서, 광원(6)에 의해 방출된 광은 영상 영역(4)을 조사하기 전에 시준된다. 이러한 시준은 시준 장치(13)의 도움으로 성취될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 장치(41)의 광학 구조는 방출된 광의 방향을 따라 순서대로,
- 광원(6), 예를 들어 판, - 그로부터의 광은 그의 가장자리 면에서 상기 판을 조사할 수 있는 예를 들어 하나 이상의 발광 다이오드(12)에서 기원될 수 있음 - ;
- 복수의 개별 필름을 포함할 수 있는 시준 장치(13);
- "2 편광자"(11)라 하는 편광자;
- 전기-광학 변조기(5);
- 유색 영상 영역(4)의 어레이;
(인식하듯이 상기 광원(6), 상기 2 편광자(11) 상기 전기-광학 변조기(5) 및 상기 유색 영상 영역들의 어레이(4)로 형성된 조립체는(상기 시준 장치(13)는 표시된 바와 같이 상기 조립체에 광학적으로 추가될 수 있음) 여기서 "색 필터(22)가 통합된 디스플레이 모듈"이라 함),
- "제1 편광자"(10)라 하는 편광자;
- 상기 렌티큘러 어레이(3)의 파상으로 질감화된 광학 층(9) - 상기 층(9)은 유리하게 그것이 접촉하는 제1 편광자(10)의 것에 근접하거나 실제로 그와 동일한 광학 지수를 보여주고; 이러한 질감형 광학 층(9)은 상기 장치(41)에서 다른 기능을 발휘할 필요가 없고, 그 역할은 제조 방법 동안에 전술한 바와 같이 액체 또는 반액체 폴리머("접착제")(17)로부터 렌티큘러 어레이(3)의 제조를 위한 주형으로 작용하기 위한 것이며; 이러한 질감형 광학 층(9)은, 그것이 전술한 바와 같이 렌티큘러 어레이(3)의 제조를 위한 주형으로 작용할 수 있도록 하기 위해 렌티큘러 어레이의 파상으로 적절히 질감화된 상기 제1 편광자(10) 자체의 표면인 경우에는, 존재하지 않을 수 있음 - ;
- 렌티큘러 어레이(3);
- 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이; 및
- 상기 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이를 보호하고, 그 위에 상기 광전지 셀의 영역(1)이 그들의 제조 동안에 퇴적될 수 있는 기판(2)을 포함한다.
본 발명에 따른 두 가지 생산물(30, 31)의 경우,
- 유색 영상 영역(4', 4'', 4''')은 원하는 색의 광을 방출하거나 투과하고; 이 색은 특히 방출에 의해, 흡수에 의해 또는 간섭에 의해 생성될 수 있으며, 인식하듯이 컬러 디스플레이 장치에서 픽셀은 전형적으로 세 개의 색 영역(청색, 적색, 녹색)을 포함한다. 상기 유색 영상 영역은 유색 필터일 수 있다. 그들은 또한 양자점 기술, 또는 임의의 다른 적절한 기술도 구현할 수 있다.
- 광전지 셀의 기판(2)은 유리, 플라스틱 또는 임의의 다른 투명한 재료로도 제조될 수 있고; 이것은 평평할 수도 있고 또는 평평하지 않을 수 있는데, 예를 들어 휘거나 만곡될 수 있으며, 이것은 둥근 모서리가 있거나 없는 임의의 형상, 특히 직사각형을 가질 수도 있다.
- 광전지 셀의 영역들의 어레이(8)는 광전지 셀의 스트립을 포함할 수 있다. 이들 후자는 예를 들어 평행할 수 있고, 이 경우 오리피스(7)도 역시 "프리 스트립"이라 하는 스트립 형상을 가지며; 그들은 평행한 것과 다르게, 예를 들어 육각형 어레이를 형성하여 배치될 수 있다.
- 렌티큘러 어레이(3)는 전형적으로 광학적으로 투명한 플라스틱(폴리머)으로 제조된다. 이것은 한 면이 볼록하거나 양면이 볼록하거나, 또는 다른 형태를 가질 수 있는 동일하거나 다른 병렬의 직선 또는 다른 렌즈로 이루어질 수 있으며; 그들은 대칭 또는 비대칭, 구면 또는 비구면 형태를 가질 수도 있다. 유리하게는, 상기 렌티큘러 어레이(3)는 디스플레이 모듈(18, 22)에서 기원하는 광을 두 개의 이웃하는 광전지 영역 또는 스트립(1', 1") 사이의 오리피스(프리 스트립)(7)에 집중시키는, 각 픽셀에 대한 개별 렌즈의 효과를 생성한다. 일 변형예에서, 픽셀의 각 색 유닛(예를 들어 각 유색 영상 영역(4', 4'', 4''')은 그 자신의 렌즈를 갖는다. 광전지 셀의 영역이 스트립(1)인 경우에는, 렌티큘러 어레이(3)가 렌즈의 스트립으로 구성되는 것이 유리하고, 이들 렌즈의 스트립은 디스플레이 장치(5)에서 기원하는 광을 집중시켜야 하는 프리 스트립에 평행하다.
- 제 1 및 제 2 편광자(10, 11)는 임의의 적절한 기술을 구현할 수 있으며, 예를 들어 그들은 배향된 폴리머 필름, 그렇지 않으면 그리드를 포함하는 필름일 수 있다(이들 그리드는 마이크로리소그래픽 또는 다른 방법에 의해 퇴적된 평행한 금속 와이어 및/또는 평행 스트립을 포함할 수 있다).
- 시준 장치(13)는 선택적인 것으로, 좁은 출사 각도(exit angle)가 특징인 공간의 세그먼트에 광을 안내할 수 있는 도파관 그리드를 포함할 수 있다. 이것은 예를 들어 3M사에 의해 판매된 CMOF(시준 다층 광학 필름) 형태의 필름일 수 있다. 이것은 또한 특허 출원 WO 2005/107363(Oy Modilis Ltd.)에 기술된 바와 같은 도파관 장치, 또는 도파관으로 작용하는 복수의 광학 공동(cavities)을 포함하는 문헌 WO 2011/127187(Mobilis Holding LLC)에 기술된 바와 같은 광학 공동을 갖는 필름일 수 있으며; 이들 공동은 특히 프리즘적 공동일 수 있다. 이러한 시준 장치는 폴리머 필름에 공동이 생긴 구조를 부여하는 적절히 질감화된 롤을 갖는 폴리머 필름의 롤링에 의해 제조될 수 있다. 상기 폴리머 필름은 특히 고체, 액체 또는 반액체일 수 있으며; 이것은 보호 필름으로 덮일 수 있다.
본 발명의 모든 실시 예에서, 그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 렌티큘러 어레이(3)는 원통형 직선 렌즈를 포함하는 복수의 렌티큘러 스트립(80)(도 6a), 또는 육각형 구면 렌즈(82)로 된 복수의 렌티큘러 스트립(81)(도 6b)으로 구성될 수 있다. 도 6a 및 도 6b에 기술된 두 개의 평면도에 따라 보이는 렌티큘러 어레이(3)의 기하학적 파라미터가 도 6c에 나타낸다.
도 7은 두 가지 특정 실시예에 따른 렌티큘러 어레이의 기하학적 파라미터를 정의한다. 도 7a는 광전지 셀의 영역이 폭 CD의 평행 스트립(1)의 어레이를 형성하는 일 실시예에서 광전지 셀의 어레이의 표면을 나타내고, 두 개의 이웃하는 스트립(1', 1")은 프리 스트립(7)의 범위를 정한다. 도 7b는 육각형 오리피스(84)를 갖는 일 실시예를 도시하고, 광전지 셀(85)은 육각형 어레이를 형성하는 폭 CD의 스트립의 형상을 가지며, 광전지 셀의 스트립의 각 직선 세그먼트는 두 개의 이웃하는 육각형 영역(84', 84''), 또는 (접촉점(86)에서) 세 개의 이웃하는 육각형 영역(84', 84'', 84''')의 범위를 정함으로써, 광전지 스트립(85)의 어레이는 오리피스(84)의 어레이의 범위를 정한다. 도 7c는 도 7a 및 도 7b에 기술된 두 평면도에 따라 보이는 렌티큘러 어레이(3)와 관련된 광전지 셀들(1)의 어레이를 도시한다. 도 7c에 나타낸 장치에 따르면, p는 유리하게 5㎛ 내지 100㎛ 사이에 있고 CD는 유리하게 0.1p 내지 0.9p 사이에 있다. R은 유리하게 도 7a의 실시예에서 0.5p 내지 p 사이에, 그리고 도 7b의 실시예에서 0.57p 내지 p 사이에 있다.
예로서, 장치는 본 발명에 따라 도 7a에서 p=50㎛, t=10㎛로 그리고 곡률 반경 R=26㎛로 표현된 바와 같이 생산되었다. 장치는 또한 p=30㎛, t=6㎛ 그리고 R=16㎛으로도 생산되었으며, 파라미터 t는 도 6c에 정의되어 있다.
장치는 또한 본 발명에 따라 도 7b에서 a=25㎛, d=50㎛, t=10㎛, h=43.3㎛ 그리고 R=26㎛으로 표현된 바와 같이 생산되었다. 또 다른 예는 다음과 같은 파라미터, 즉 a=15㎛, d=30㎛, t=6㎛, h=26㎛ 그리고 R=16㎛를 가졌으며, 파라미터 t는 도 6c에 정의되어 있다.
도 8은 본 발명에 따른 제3 디스플레이 장치(42)의 횡단면을 모식적으로 도시한다. 이 장치는 상기 전기-광학 변조기(5)의 상류에 배치된 광원(6)에 의해 조명을 받는 유색 영상 영역(4', 4'', 4''')을 하류에 제공한, 특히 액정 기반의 전기-광학 변조기(5)를 포함한다. 이러한 광원(6)은 도 8에 도시된 바와 같은 하나 이상의 발광 다이오드(12), 또는 다른 것에 의해 조사될 수 있는 판 또는 필름일 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 장치(42)는 복수의 광전지 셀의 영역(1) 및 복수의 오리피스(7)로 형성된 어레이(8)를 포함하며, 그 어레이에서 광전지 셀의 적어도 두 개의 이웃하는 영역(1', 1")이 오리피스(7)를 형성한다. 이러한 광전지 셀의 영역들의 어레이(8)는 기판(2) 상에 퇴적된다. 장치(42)는 상기 영상 영역(4)에 의해 방출된 광을 반사에 의해 상기 오리피스(7)에 집중시킬 수 있는 복수의 포물선 집광기로 형성된 광학 집광기들의 어레이(3)를 더 포함한다. 이러한 반사는 굴절률이 다른 두 개의 광학 매체(3, 9) 사이의 계면에서, 그렇지 않으면 반사면에서 발생할 수 있으며, 그래서 광학 집광기(3)는 반사면으로 덮이거나 전적으로 반사형, 예를 들어 금속 재료로 이루어진다. 도 8은 본 발명을 수행하는데 적합한 포물선 형상의 집광기를 도시하지만, 영상 영역(4)에 의해 방출된 광을 반사에 의해 집중시키는 것을 가능하게 하는 많은 다른 형상이 존재한다.
유리하게는, 각각의 광학 집광기에는 개개의 유색 영상 영역(4', 4'', 4''') 또는 하나의 픽셀을 형성하는 세 개의 영상 영역(4', 4'', 4''')의 그룹이 대응한다. 상기 광학 집광기들의 어레이(3)는 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이(8)와 접촉한다. 여기서 "제1 편광자"라 하는 필름 또는 판 형태의 편광자(10)는 광학 집광기들의 어레이(3)와 영상 영역(4) 사이에 배치된다. 여기서 "2 편광자"라 하는 역시 필름 또는 판 형태의 다른 편광자(11)는 광원(6)과 전기-광학 변조기(5) 사이에 배치되고, 바람직하게는 전기-광학 변조기(5)와 광학적으로 접촉한다.
본 발명에 따른 디지털 디스플레이 스크린(40, 41, 42)은 고정 또는 휴대용 전자 장치에 포함될 수 있으며; 이러한 장치는 본 발명의 또 다른 요지를 형성한다. 이것은 특히 모바일 전화기, 전자 서적, 휴대용 텔레비전 스크린, 랩톱 컴퓨터 스크린일 수 있다. 이것은 또한 더 큰 크기의 장치, 예를 들어 고정된 텔레비전 스크린 또는 광고 디스플레이 스크린일 수 있다. 본 발명에 따른 디지털 디스플레이 스크린(40, 41, 42)은 터치스크린을 얻기 위해 터치 감지 코팅 또는 필름을 포함할 수 있다.
발명의 모든 실시예에서, 광전지 셀(1)은 어떠한 공지의 적절한 박막 기술이라도 이용할 수 있다. 실내에서 사용되는 장치를 위해 의도된 스크린의 경우, 낮은 휘도로 양호한 변환 효율을 갖는 셀(예를 들어 비정질 또는 미정질 실리콘에 기반한 셀)를 이용하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 상기 셀이 주로 산란광을 캡쳐할 것이기 때문이다.
본 발명의 모든 실시예에서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치(40, 41, 42)는 그의 특성을 향상시키거나 이들을 어떤 특정한 사용 상황에 맞추는 다른 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 그것은 또한 다음과 같은 소자, 즉 유색 필터, 편광 필터, 렌티큘러 소자, 산광기, 보호층, 반사 방지층 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(40, 41, 42)는 또한 가요성 스크린일 수도 있다.
일반적인 방식으로, 본 설명은 PV 셀에 의해 생산되는 전기 에너지를 복구하기 위한 전기 접점 및 전기 접속의 위치결정 및 퇴적을 언급하지 않는다. 통상의 기술자는 자신의 일반적인 기술적 지식을 구현함으로써 이러한 접속을 쉽게 실시할 것이다.
1: 광전지(PV) 셀의 영역
2: PV 셀의 기판
3: 렌티큘러 어레이
4: 유색 영상 영역들의 어레이
5: 전기-광학 변조기
6: 광원(백라이팅)
7: PV 셀의 영역 사이의 오리피스
8: PV 셀의 영역들의 어레이
9: 질감형 광학 층
10: 제1 편광자
11: 제2 편광자
12: 발광 다이오드
13: 시준 장치
14: 렌티큘러 어레이의 마루
15: 렌티큘러 어레이의 골
16: 디스플레이 장치
17: 렌티큘러 어레이용 접착제
18: 유색 필터가 통합되지 않은 디스플레이 모듈
19: 렌티큘러 어레이의 렌즈
20: 질감형 편광자
21: 공간
22: 유색 필터가 통합된 디스플레이 모듈
23: 파상
30: 렌티큘러 어레이 및 유색 영상 영역들의 어레이를 갖는 반투명 PV 모듈
31: 유색 영상 영역들의 어레이를 갖지 않는 렌티큘러 어레이를 갖는 반투명 PV 모듈
32: 질감형 편광자의 마루
33: 질감형 편광자의 골
40, 41: 본 발명에 따른 디스플레이 장치
80, 81: 렌티큘러 스트립
82: 구면 육각형 렌즈
84: 프리 스트립(오리피스)
85: 광전지 셀의 영역
86: 삼중점

Claims (9)

  1. 발광 디스플레이 장치(emissive display device) 상에 배치된 광전지 모듈(photovoltaic module)을 제조하기 위한 방법 - 상기 광전지 모듈은 복수의 광전지 셀의 영역(1) 및 "오리피스(orifices)"(7)라 하는 복수의 투명 영역을 나타내는 어레이(8)를 포함하고, 상기 광전지 모듈은 상기 장치에 의해 방출된 광을 굴절 또는 반사에 의해 상기 오리피스(7)에 집중시킬 수 있는 광학 소자들의 어레이(3)를 포함함 - 으로서,
    복수의 광전지 셀의 영역(1) 및 복수의 오리피스(7)를 나타내는 어레이(8)를 포함하는 기판(2)이 공급되는 단계;
    상기 광학 소자들의 어레이(3)의 골(troughs)(15)이 마루(crests)(32)에 의해 질감형 편광자(textured polarizer; 20)의 질감형 표면(textured surface) 상에 표현되고 상기 광학 소자들의 어레이(3)의 마루(14)가 상기 질감형 편광자의 표면의 골(33)에 의해 표현되는 방식으로, 상기 광학 소자들의 어레이(3)의 네거티브 형상을 표현하는 마루(32) 및 골(33)의 어레이로 이루어진 질감형 표면을 포함하는 질감형 편광자(20)가 공급되는 단계;
    상기 질감형 편광자(20)의 상기 질감형 표면이 액체 또는 반액체 투명 폴리머(17)의 도움으로 상기 광전지 셀들(1)을 포함하는 상기 기판(2)의 표면 상에 고정되고, 상기 질감형 편광자(20) 및 상기 기판(2)의 각각의 위치결정은 상기 질감형 편광자(20)의 마루(32) 또는 골(33)이 대략 상기 광전지 셀의 영역(1)의 중심 또는 상기 오리피스(7)의 중심과 나란히 정렬되는 단계; 및
    상기 질감형 편광자(10)와 광전지 셀의 영역(1)을 포함하는 상기 기판(2) 사이의 결합(bond)을 얻기 위해 상기 폴리머(17)의 교차결합이 수행되는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광전지 셀들(1)의 어레이(8)는 적어도 부분적으로 유색 영역들(4', 4'', 4''')의 어레이(4)로 덮이는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 질감형 편광자(20)는,
    제1 편광자(10)가 공급되는 단계;
    액체 또는 반액체 폴리머가 그의 표면들 중 하나 상에 퇴적되는 단계;
    상기 질감형 표면을 획득하기 위해, 예를 들어, 질감형 패드 또는 롤의 도움으로 원하는 질감이 상기 폴리머로 전달되는 단계; 및
    상기 폴리머의 교차결합이 수행되는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되고,
    상기 폴리머는 교차결합 후에 광학적으로 투명해야 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 폴리머는 상기 제1 편광자(10)의 것과 동일한 재료인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 질감형 편광자(20)는,
    제1 편광자(10)가 공급되는 단계; 및
    상기 질감형 표면을 획득하기 위해, 예를 들어, 질감형 패드 또는 롤의 도움으로 원하는 질감을 그의 표면 중 하나로 전달하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 방법.
  6. 광전지 셀들(1) 및 광 집광기들(3)이 통합된 디스플레이 장치로서,
    발광판과 같은 광원(6);
    선택적으로, 복수의 개별 필름을 포함할 수 있는 시준 장치(13);
    "제2 편광자"라 하는 편광자(11);
    전기-광학 변조기(5);
    유색 영상 영역(4', 4'', 4''')의 어레이(4);
    "제1 편광자"(10)라 하는 편광자;
    복수의 광전지 셀의 영역(1) 및 "오리피스"(7)라 하는 복수의 투명 영역을 나타내는 어레이(8);
    상기 광(6)을 반사에 의해 상기 오리피스(7)에 집중시킬 수 있는 광학 집광기들의 어레이(3);
    상기 제1 편광자(10)와 접촉하고, 유리하게는 (바람직하게는 적어도 ±0.05 이내로, 더욱더 바람직하게는 적어도 ±0.03 이내로) 근접하거나 실제로 상기 제1 편광자(10)의 것과 동일한 광학 지수를 보이는 질감형 광학 층(9) - 상기 질감형 광학 층(9)은, 그것이 상기 광학 집광기들의 어레이(3)의 제조를 위한 주형으로 작용할 수 있도록 하기 위해 상기 광학 집광기들의 어레이(3)의 마루(32) 및 골(33)로 질감화된 상기 제1 편광자(10) 자체의 표면인 경우에는, 존재하지 않을 수 있음 - ; 및
    상기 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이(8)를 보호하고, 그 위에는 상기 광전지 셀의 영역(1)이 그들의 제조 동안에 퇴적되었을 수 있는 기판(2)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 유색 영상 영역(4', 4'', 4''')의 어레이(4)는 상기 전기-광학 변조기(5)와 상기 제1 편광자(10) 사이 또는 상기 광전지 셀의 영역들(1)의 어레이(8)와 상기 광학 집광기들의 어레이(3) 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 광학 집광기들은 하나 이상의 평면, 오목면 또는 볼록면, 및 포물선, 원뿔, 피라미드, 사면체, 반 원통형 또는 원통-포물선 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 고정형 또는 휴대용 전자 장치로서,
    제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 디스플레이 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정형 또는 휴대용 전자 장치.
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