WO2015015063A1 - Dispositif d' affichage avec cellules photovoltaiques integrees a la luminosite amelioree - Google Patents

Dispositif d' affichage avec cellules photovoltaiques integrees a la luminosite amelioree Download PDF

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WO2015015063A1
WO2015015063A1 PCT/FR2014/000177 FR2014000177W WO2015015063A1 WO 2015015063 A1 WO2015015063 A1 WO 2015015063A1 FR 2014000177 W FR2014000177 W FR 2014000177W WO 2015015063 A1 WO2015015063 A1 WO 2015015063A1
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zones
array
photovoltaic
texturing
network
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PCT/FR2014/000177
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Badre KERZABI
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Sunpartner Technologies
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to the field of backlit display screens, and more particularly the backlit display screens for portable electronic devices, such as mobile phones, having photovoltaic cells integrated in the display face.
  • portable electronic devices such as mobile phones, having photovoltaic cells integrated in the display face.
  • Display screens having backlit image areas are commonly used in portable electronic devices.
  • a “backlit” image area an image area which is located in front of a light source which illuminates it from behind.
  • the "image area” may for example be a pixel, a plurality of pixels or a part of a pixel (for example a liquid crystal pixel), or a strip of film on which an image has been printed.
  • backlit screen, a diffuse light source is placed behind the pixel plane, to enhance the contrast.
  • Portable devices generally have a battery power supply, whose autonomy time is a factor of high user comfort. To increase this period of autonomy, photocells have been incorporated in some of these portable devices. They produce a part of the current necessary for the operation of said device. Insofar as the space available for disposing photocells on the outer surface of said portable devices is very small, it would be desirable to integrate the photocells in the display screen itself.
  • a first approach consists in depositing semi-transparent photovoltaic cells (see EP 1 174 756 (ETA), US 7,206,044 (Motorola), WO 2009/052326, US 2010/284055, WO 2009/065069 (Qualcomm), US 2010/245731 (Intel)).
  • these solar cells must not degrade either the imaging characteristics or the brightness of the screen in which they have been integrated, and that is why the total area available for these solar cells is in fact very small. .
  • the width of the photocells can not be significantly greater than the space between two pixels, a space that is to be minimized in order to improve the resolution of the screen. If the photocells are larger, and all the more so when they partially overlap the surface of the pixels as is the case in the above discussed embodiment of US 2007/0102035, the brightness and resolution of the image generated by the screen are degraded.
  • This same document comprises another embodiment in which the backlighting light is focused in the space between the photocells by a lens located between the backlight light source and the substrate on which the array of pixels is located.
  • This embodiment has the disadvantage of requiring extremely precise positioning of the lens, both as regards its lateral position, but especially its distance from the photocells, which is not very compatible with an industrializable process at a cost. reasonable. Moreover, it does not allow to integrate the light source for the backlight directly into the substrate of the field effect transistors which drive the liquid crystal forming the screen pixels.
  • the problem that the present invention wishes to solve is that of the reduction of optical losses in a backlit display screen provided with photovoltaic strips and a focusing system of light between the photovoltaic strips by lenticular array.
  • a display device with integrated photovoltaic cells, which represents the first object of the invention.
  • This device comprises:
  • the set of texturing zones is configured to be able to decrease the total internal reflection of the light emitted by said device so as to increase the brightness of said device.
  • Said texturing zones typically comprise a plurality of oblique or vertical faces, and / or a second lenticular network called "texturing".
  • said main lenticular array consists of a plurality of cylindrical rectilinear lenses, for example of plano-convex type.
  • said main lenticular array is comprised of a plurality of hexagonal spherical lenses.
  • said device comprises:
  • said main lenticular array being positioned between said array of image areas and said web array of photovoltaic cells and free bands so as to focus light from said network of image areas onto said free bands;
  • said device being characterized in that it comprises a set of texturing strips capable of decreasing the total internal reflection of the light emitted by said image areas, said texturing strips extending in a direction parallel to said photovoltaic strips and being arranged behind said strips of photovoltaic cells, with respect to the optical path of the light emitted by said device.
  • the primary lenticular network comprises a juxtaposition of identical rectilinear lenses, whose longitudinal axis is parallel to the photovoltaic cell strips.
  • said texturing strips may comprise a plurality of inclined optical facets (in particular oblique or vertical) with respect to the plane parallel to the surface of said device, and / or a second lenticular network called "texturing".
  • said photovoltaic strips may be immersed in said main lenticular array, or in a material which has an optical index substantially identical to that of the main lenticular network.
  • said texturing zones or bands comprise a vertex, a bottom and a sidewall.
  • the top of said texturing zones or zones is advantageously centered on the photovoltaic zones or strips or on the free orifices or bands.
  • the bottom and / or top of said texturing zones or bands may be flattened or rounded.
  • the sidewall of said zone or texturizing strip has at least two different slopes, and / or is rounded over at least a part of its length.
  • said texturing zones or bands form a texturizing lenticular network exhibiting optical focusing characteristics different from the main lenticular network.
  • the vertices of said texturing lenticular network advantageously overlap with the vertices of the main lenticular network.
  • said texturizing zones or zones have faces at least an angle ⁇ greater than 0 ° and less than 90 ° with respect to the surface of said device, and preferably between 10 and 75 °.
  • connection between said main lenticular network and said image zones is advantageously provided by an optically transparent glue with a high refractive index.
  • the device according to the invention may comprise a touch screen on its external face, directed towards the user.
  • Another subject of the invention is a method of manufacturing a device according to the invention, in which, successively:
  • back face refers to the optical path of the incident light that enters through the "front” face of the device.
  • the optical structure according to the invention which has just been described can be integrated in a display device, in particular a digital display screen with integrated photovoltaic cells.
  • a display device in particular a digital display screen with integrated photovoltaic cells.
  • Such a screen may comprise (a) a network of image areas emitting light or backlit by a light source placed behind the image area array, (b) a network formed by a plurality of photovoltaic cell areas. (For example in parallel strips) and a plurality of orifices (or so-called free bands, parallel to said strips of photovoltaic cells), in which network at least two neighboring photovoltaic cell zones delimit an orifice (for example two strips of photovoltaic cells).
  • a lenticular network for focusing the light emitted by said image areas into the orifices (for example in the free bands between two photovoltaic strips) next to each other.
  • said lenticular array is positioned between said array of image areas and said array of photovoltaic cells.
  • the display device comprises a network of image zones. It can be pixels.
  • the screen according to the invention can be backlit by means of a light source placed behind the network of image zones or pixels (for example in the case of a screen of the LCD type (Liquid Crystal Display) or in the case of an advertising panel comprising image zones in the form of printed parallel strips, preferably translucent), and / or the pixels can actively emit light (for example electroluminescent pixels).
  • the screen can be a flexible or rigid screen. It may comprise on its outer face a layer or a touch film, so as to allow the input of data by the user via a touch path.
  • the image areas, pixels, and / or portions of pixels are arranged so that different groups of image areas, pixels, and / or portions of pixels generate different images.
  • the display device furthermore comprises a plurality of zones (or bands) of photovoltaic cells which alternate with a plurality of orifices (ie zones having no photovoltaic cells, for example free bands) by which light from image areas or pixels may pass.
  • Said photovoltaic cell zones (for example said photovoltaic strips) and said orifices (for example said free bands) may have any dimension, length or width; they may extend over the entire length or width of the display device according to the invention, or only a part thereof; said display device may then comprise several sets of areas of photovoltaic cells.
  • Said zones or strips of photovoltaic cells may be deposited on a suitable substrate, for example a plate or a film; we call thereafter the zones or strips of photovoltaic cells deposited on their substrate a "photovoltaic plate", which does not imply that it is mechanically rigid.
  • said substrate can be flexible, flexible.
  • Said photovoltaic cell zones may have any shape, for example rectangular.
  • Said photovoltaic cell zones (for example, said photovoltaic bands) and said orifices (for example said free bands) may be equidistant, or otherwise form an ordered network.
  • the photovoltaic plate is partially transparent; the so-called external optical transmission (T ext ) of the photovoltaic plate is determined in large part by the surface fraction occupied by the photovoltaic cells, and by their intrinsic optical transmission.
  • a zone or strip of photovoltaic cells may comprise one or more photovoltaic cells, and in the second case these photovoltaic cells may be of the same or different nature (materials and / or structure), shape and dimension, and they can be electrically connected in series and / or in parallel.
  • Said photovoltaic cell zones are advantageously thin-film photovoltaic cells based on amorphous or microcrystalline silicon, because this type of cell is particularly suitable for converting light of low intensity (diffusing light, light to the interior of rooms); but we can also realize these photovoltaic cells in any other suitable technologies, for example based on CdTe or CIGS (copper - indium - gallium - selenium) or based on polymers. They may be pin or pn junctions, or tandem cells, ie having two superimposed cells that preferentially absorb a different part of the light spectrum. They can be designed to convert visible light and / or ultraviolet light and / or infrared light into electricity.
  • the display device according to the invention may also comprise a plurality of lenses, in the form of a film or a plate. These lenses may be identical or different.
  • the primary lenticular network comprises a juxtaposition of identical rectilinear lenses, the longitudinal axis of which is parallel to the longitudinal axis of the photovoltaic cell strips.
  • the respective surfaces of the photovoltaic array, the lenticular array and the array of pixels are either flat (and substantially parallel) or curved (while remaining equidistant), especially in the case where the screen is a flexible screen.
  • Lenticular arrays may be made of a suitable transparent plastics material, such as PET.
  • the shape of the lenses, their optical characteristics and their positioning relative to the photovoltaic plate are such that a light beam coming from an image zone (for example a pixel or a part of one pixel) and passing through a lens will have at the exit of the lens, typically by the effect of a deviation and / or optical concentration, a direction allowing it to pass at least in part, but preferably in all, the orifice between two adjacent photovoltaic cells. If the totality of the light intensity coming from the pixels passes through the orifices, the so-called internal optical transmission (T in ) of the photovoltaic plate is maximum. But the object of the invention can be achieved even if part of the light from the pixels is absorbed by the photovoltaic plate.
  • T in internal optical transmission
  • each lens corresponds to an orifice of adequate shape and size.
  • lenses forming the lenticular plate may be of any suitable shape and characteristic; he can These include plano-convex or biconvex lenses, or spherical and / or aspherical lenses, or symmetrical or asymmetrical lenses, or index-varying lenses.
  • the image zone array is advantageously positioned with respect to the lenticular array and with respect to the photovoltaic plate so that the light from each image area or part of the image area and received by the corresponding lens of the lenticular array is deflected and / or concentrated by this lens so as to pass entirely, or at least largely, through one of the orifices of the photovoltaic plate.
  • the components may be glued or may constitute a single plate comprising both the photovoltaic cells and the lenses.
  • the bonding is preferably carried out using an optically transparent glue with a high refractive index (preferably greater than 1.7).
  • FIG. 1 shows schematically in cross section the optical structure of a display screen with photovoltaic strips according to the state of the art.
  • FIGS. 2a, 2b, 2c and 2d show schematically in cross-section a part of this device by focusing attention on the geometry of the substrate carrying the photovoltaic cells and on the geometry of an array of lenticular-type optical elements;
  • Figures 2b, 2c and 2d show a beam of incident light at different angles.
  • FIGS. 3 to 7 illustrate certain embodiments or particular aspects of the invention; they do not limit its scope.
  • FIGS. 3a, 3b, 3c and 3d schematically show in cross-section different variants of an embodiment of the lenticular array and the substrate of the photovoltaic cells, in which embodiments the optical medium behind the photovoltaic cells has been structured according to FIG. invention by texturing or structuring strips, these terms being used synonymously here.
  • FIG. 4 shows schematically another embodiment in which the optical medium behind the photovoltaic cells has been structured according to the invention by texturing strips.
  • - Figure 5 shows schematically in cross section the evolution of the device according to the invention during the steps of a method according to the invention for manufacturing a display screen according to the invention.
  • FIG. 6 and 7 show schematically in cross section two embodiments of a display device according to the invention, comprising the optical structure according to the invention and the network of image areas with its lighting. They represent a partial view to the extent that they do not show the texturing strips.
  • FIG. 8 shows a lenticular network composed of cylindrical (FIG. 8a) or hexagonal spherical (FIG. 8b) lenses, as well as the geometrical parameters of these lenticulars seen in section (FIG. 8c).
  • FIG. 9 defines geometric parameters of the photovoltaic cell zones in the case where the photovoltaic cell zones form a network of parallel bands whose two neighboring bands delimit a free band (FIG. 9a), in the case where the photovoltaic cells have the band form each of which delimits two or (at the contact points) three hexagonal zones representing the orifices (FIG. 9b), and in the case where the photovoltaic cells are associated with the lenticular network (FIG. 9c).
  • FIG. 10 shows schematically in cross section in a particular embodiment the ratio between the shape of texturing strips and the angle of light incident on said strips.
  • FIG. 11 shows schematically in cross section an extract of the device according to the invention by focusing attention on the geometry of a network of optical elements type optical concentrators.
  • FIG. 1 schematically shows a known type of display screen comprising a lenticular network 65 capable of focusing the light, coming from an image zone 9 of a display device, in the space 11 between the bands 1.
  • the latter are deposited on a substrate 2.
  • the space 72 between the image zone 9 and the surface of the lenses 61 of the lenticular network 65 may be an air space, or filled with an optically transparent adhesive .
  • Figure 2a shows schematically in cross section a portion of the optical structure of a known screen.
  • Photovoltaic cells 1 typically under the form parallel strips, are deposited on a substrate 2, typically glass, and are sandwiched by the array of optical elements 3 lenticular type.
  • the latter comprises parallel corrugations 4 having vertices 5 and valleys 6, arranged parallel to the photovoltaic strips 1, so that the vertices 5 are in the middle between two photovoltaic strips 1, and the valleys 6 in the middle of the photovoltaic strips. 1.
  • Said undulations act as lenses.
  • Figure 2a shows a cylindrical lens of plano-convex type; this type of lens is suitable for carrying out the present invention.
  • this structure makes it possible to focus, by refraction, the incident light 10 coming from the backlight into the spaces 11 between two adjacent photovoltaic strips 1 ', 1 ".
  • the image displayed on the screen is not disturbed by the presence of the photovoltaic strips 1 ', 1 "and the transmitted beam 13 seen by the observer 12 will have suffered only the inevitable losses by absorption in the optical media that he will have crossed.
  • this observation applies only to the normal incidence of beam 10 coming from the backlight.
  • An incidence of the incident beam 10 at an angle to other than 0 ° can lead to the total internal reflection (TIR) of the beam, causing the transmitted beam 13 'to lose a reflected component 14 at an interface 15 between different optical media (here: interface between the substrate 2 and the air 16. If the angle a is sufficiently large, the incident beam 10 can also directly hit a photovoltaic strip 1, which generates a direct loss of a component of the optical beam 13 "even before reaching the interface 15 at which the total internal reflection occurs.
  • TIR total internal reflection
  • the optical medium is structured behind the areas of photovoltaic cells 1 so as to reduce the total internal reflection loss.
  • the expression “behind” here refers to the direction of the incident beam 10, which emanates from the "front” (ie of the lenticular array 3) and propagates towards the "back", ie the observer 12.
  • form of said areas of photovoltaic cells (in strips or other forms) this structuring of the optical medium can be in the form of a texturization with strips parallel to the areas of photovoltaic cells 1.
  • a structure is provided having a plurality of parallel oblique faces, and / or a second lenticular network is deposited having optical focusing characteristics different from those of the first.
  • FIGS. 3, 4 and 5 This optical structure according to the invention will be illustrated by means of certain embodiments and variants which will be explained using FIGS. 3, 4 and 5. It is understood that all the embodiments and variants presented can be combined with each other and / or between them. These figures do not show some essential components for the operation of a display screen, in particular the layer of field effect transistors which is essential for generating an image in a liquid crystal display, but which is well known to the human of career.
  • the photovoltaic cells 1 are immersed in the optical network 3, in particular lenticular, whose rear face 8 is textured at least in a portion of the orifice 11 between the photovoltaic cell areas 1
  • This texture may, for example, take the form of texturing strips parallel to the photovoltaic strips 1.
  • Figure 3b shows a first variant of this embodiment and is characterized by the presence of zones (for example strips).
  • the apex 21 is centered in the space between the zones or strips of photovoltaic cells 1 ', 1 ", the bottom 22 is centered on the zones or bands, or texturizing or structuring comprising a top 21, a bottom 22 and a sidewall 23.
  • the flank 23 is characterized by at least one slope inclined at an angle ⁇ with respect to the normal to the surface plane, the height h between the top 21 and the bottom 22 of the zones or bays.
  • texturizing may be the same for all zones or bands, or it may be different.
  • the texturing zones or bands 20 may be in the same material as the lenticular network 3 or in another material, typically made of polymer; their optical index is advantageously the same as that of the material of the lenticular network 3.
  • the bottom 22 of said zone or texturizing strip 20 may be flush with the zone or strip of photovoltaic cells 1.
  • the bottom 22 of the zone or texturizing strip 20 may also be separated from the zone or strip of photovoltaic cells 1 by a certain thickness (in dark gray in FIGS.
  • FIG. 3c shows a second variant of this embodiment, in which the sidewall of the zone or texturizing strip has at least two slopes. different, forming angles ⁇ and ⁇ 2 with the normal to the surface plane.
  • This zone or texturizing strip with two slopes can be obtained by successively depositing a first zone or texturizing strip 20 'of height hi followed by a second zone or texturing strip 20 "of height h 2 , deposited one on the other the material and the refractive index of the second texturing zone or band 20 "may be the same as those of the first texturing zone or band 20 'or may be different. Alternatively or sectorially, the flank 23 may be rounded.
  • FIG. 3d shows a third variant of this embodiment, in which a second lenticular network 24 called a "texturizing lenticular network" is deposited as texturizing zones or zones having optical focusing characteristics different from those of the first lenticular network 3.
  • the material and the refractive index of the texturizing lenticular array 24 may be the same as those of the first lenticular array 3 or may be different.
  • the pitch of the texturing lenticular network 24 is the same as that of the main lenticular network 3, and the vertices 25 of the texturing lenticular network 24 are aligned with the vertices 4 of the main lenticular network 3.
  • Said texturing lenticular network 24 must have a flat zone 26 between two vertices 25, centered on the zone or band of photovoltaic cells 1.
  • FIG. 3a shows a fourth variant of this embodiment, in which the texturing strips 20 have a substantially vertical flank 23 (i.e. parallel to the normal direction).
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the invention, in which the surface of the substrate 2 opposite the photovoltaic cells 1 is textured so as to minimize the optical losses by total reflection.
  • This texturing can take the form of texturing strips 50, 50 ', 50 "parallel to the photovoltaic strips 1, these strips having faces at least an angle greater than 0 ° and less than 90 ° with respect to the surface 7 of the substrate 2
  • the angle ⁇ is advantageously between 10 ° and 75 °.
  • Said texturing strips 50 may be deposited on the surface 7 of the substrate; they can be in any suitable transparent material, for example plastic. For example, they may be made by molding, or by printing on a deformable polymer layer with a textured pad or roll. Said texturizing strips 50 may also be produced by removing material from the surface 7 of the substrate 2, for example by etching. For example, for a step p of the main lenticular network 3 (this pitch p being defined by the spacing between valleys 6 ', 6 "neighbors) of 50 ⁇ , the height h of the texturing strips 50 is advantageously between 1 pm and 10 pm.
  • the photovoltaic cells 1 are deposited on the substrate 2, in others the photovoltaic cells 1 are deposited on the lenticular network 3.
  • a substrate 2 is structured by removal of material or deposition of material so as to give it a texture in parallel strips forming the main lenticular network 3 (step 1).
  • the substrate 2 may be etched, or a polymer may be deposited on said substrate 2 and the desired texture may be printed, using any suitable technique, for example a textured pad or roll.
  • the refractive index of polymer deposition must be close to that of substrate 2 and it is preferred that it be the same.
  • Said polymer can be deposited in the form of a liquid layer, solid or semi-solid, and it can be cured after texturing.
  • said substrate 2 it is possible to deposit on said substrate 2 a partially melted plastic film, to imprint on it the desired texture, then to harden it by cooling it.
  • a liquid or semi-liquid polymer using a textured roller and harden the liquid or semi-liquid film by any technique appropriate to the polymer used (for example by thermal or photochemical effect).
  • Said substrate 2 may be made of glass or polymer, and in the latter case, if a textured film is deposited on the polymer substrate 2, the same polymer or a different polymer may be used.
  • This resin can be deposited for example in the liquid state and solidified by any suitable technique.
  • the primary lenticular network 3 is formed.
  • the photovoltaic strips 1 are deposited on the rear face of the primary lenticular network 3.
  • the texturizing strips 20 are deposited on the rear of the structure thus obtained. reduce the total internal reflection, in particular according to one of the three variants described above.
  • a texturizing lenticular network for example by depositing a liquid or semi-solid polymer to which the desired lenticular texture is printed (by roll or molding).
  • FIG. 6 shows schematically and partially a first embodiment of the invention.
  • the figure represents a cross section through a display screen according to the invention.
  • the display screen 60 according to the invention comprises a network 62 of image zones 64 (which may be pixels) backlit by a light source 63 placed behind the network 62 of image zones 64.
  • the source of light 63 may be a thin flat plate, for example a diffusing plate illuminated by one or more light-emitting diodes (LEDs) 73.
  • the pixel array 64 is not backlit by a light source, but each pixel 64 itself constitutes a light source, for example by electroluminescence.
  • each pixel 64 may be formed by a plurality of units 64 ', 64 ", 64"' of different color, typically by three units (red, blue, green), for example using a network of filters. appropriate shape and color. This is illustrated in Figure 6 and applies to all embodiments of the present invention.
  • the screen 60 also comprises a network 66 of cell areas (for example cell strips) photovoltaic
  • the screen 60 also comprises a lenticular array 65 which may comprise a juxtaposition of identical rectilinear lenses, whose longitudinal axis is parallel to the photovoltaic cell strips Said lenticular network is positioned between said network 62 of image zones 64 and said network 66 of photovoltaic cells.
  • the lenticular network 65 extends from the surface of the lenses 61 to the surface 71. is typically optically transparent plastic (polymer).
  • each unit 64 ', 64 ", 64"' of a pixel 64 has its own lens 61.
  • the lenticular network 65 is linked to the network of image zones 62 by an optically transparent adhesive 68, preferably with a high optical index; said image area may be covered with a protection zone (film or window).
  • the zones or strips of photovoltaic cells 66 can be immersed in the lenticular network 65 (as shown in Figure 6). This immersion can be obtained for example by depositing the network of photovoltaic zones or strips 66 on the rear face of the lenticular network 65 followed by immersion in a resin identical or optically similar to that which forms the lenticular network 65.
  • said photovoltaic cell zones or strips 66 may also be deposited on a substrate 69 which may be rigid, flexible or semi-rigid.
  • Said substrate 69 may for example be made of glass or plastic.
  • a deformable polymer is then deposited on said network of photovoltaic cell zones 66, and then the primary lenticular network 65 is formed using a mold (or a suitably textured roll). The latter is then bonded to the zone images 64 using an optically transparent adhesive 68, either directly or via a protective surface 70 (film or glass) which covers said image area 64.
  • the texturing areas (not shown on the figure) can be arranged on the rear surface of the substrate 69.
  • said main lenticular array 3 may consist of a plurality of lenticular strips 80 having cylindrical rectilinear lenses (FIG. 8a), or a plurality of lenticular strips 81 of hexagonal spherical lenses 82 (FIG. Figure 8b).
  • the geometrical parameters of the lenticular network 3 seen according to the two sectional planes shown in FIGS. 8a and 8b are indicated in FIG. 8c.
  • FIG. 9 defines geometric parameters of the photovoltaic cell zones according to two embodiments.
  • FIG. 9a shows the surface of the array of photovoltaic cells in one embodiment where the areas of photovoltaic cells form a network of parallel bands 1 of width CD, two neighboring bands delimiting a free band.
  • Figure 9b shows an embodiment with hexagonal holes 84; the photovoltaic cells 85 are in the form of CD width forming a hexagonal network: each straight segment of a strip of photovoltaic cells delimits two adjacent hexagonal zones 84 ', 84 ", or (at the contact points 86) three neighboring hexagonal zones 84', 84", 84 "'; thus the network of photovoltaic strips 85 delimits the network of orifices 84.
  • FIG. 9a shows the surface of the array of photovoltaic cells in one embodiment where the areas of photovoltaic cells form a network of parallel bands 1 of width CD, two neighboring bands delimiting a free band.
  • Figure 9b shows an embodiment with hexagonal
  • 9c shows the array of photovoltaic cells 1 associated with the lenticular network 3 seen according to the two sectional planes shown in FIGS. 9a and 9b.
  • p is advantageously between 5 and 100 pm and CD is advantageously between 0.1 * p and 0.9 * p
  • R is advantageously between 0.5 * p and p in the embodiment of FIG. 9a, and between 0.57 * p and p in the embodiment of Figure 9b.
  • FIG. 10 schematically shows in cross section the module described previously in FIG. 4. It illustrates the link existing between the shape of a texturing band 50, such as the angle of inclination ⁇ between one of its faces and the surface of the substrate 2, and the angle of incidence ⁇ of the light from the lenticular array 3 on said strip 50.
  • the total internal reflection is minimal when the sum of the angles ⁇ and ⁇ is close to 90 °.
  • Figure 11 shows schematically in cross section a part of the device according to a particular embodiment of the invention.
  • the latter comprises parallel corrugations 4 having vertices 5 and valleys 6, arranged parallel to the photovoltaic strips 1, so that the vertices 5 are in the middle of the photovoltaic strips 1, and the valleys 6 at the edge of the transparent strips 11
  • the system differs from FIG. 2c in that the optical elements 3, by the shape of the corrugations 4, do not act as lenses but as light concentrators.
  • the incident light from the backlight is not refracted but reflected on the surface of the light 3 to be directed into the orifices 11 located between two strips of photovoltaic cells 1.
  • Fig. 11 shows a parabolic concentrator suitable for carrying out the present invention, but there are many other forms for reflecting incident light 10 by reflection. Incidence of incident beam 10 at an angle to other than 0 ° can lead to the total internal reflection of the beam, subjecting the transmitted beam 13 'the loss of a component 14 reflected at an interface 15 between different optical media (here: interface between the substrate 2 and the air).
  • the digital display screen 60 according to the invention can be incorporated in a fixed or portable electronic device; this apparatus forms another object of the invention. It may be in particular a mobile phone, an electronic book, a portable television screen, a laptop screen. It can also be fixed devices of larger size, for example a fixed television screen or advertising display.
  • the digital display screen 60 according to the invention may comprise a film or a tactile coating, that is to say, sensitive to touch, so as to obtain a touch screen.
  • the photovoltaic cells 1 are examples of the photovoltaic cells 1,
  • 66 can use any known and appropriate thin-film technology.
  • cells which have good conversion efficiency at low luminosity for example cells based on amorphous or microcrystalline silicon, since said cells will mainly capture the diffusing light.
  • the display device 60 may comprise other components that improve its characteristics or that adapt them to certain particular use situations.
  • it may also comprise one or more of the following elements: a color filter, a polarization filter, a lenticular element, a light diffuser, a protective layer, an antireflection layer.
  • the display device 60 may also be a flexible screen.
  • the present description does not mention the positioning and the deposition of the electrical contacts and electrical connections between the photovoltaic zones to harvest the electrical energy produced, knowing that the skilled person will know how to define these electrical contacts by implementing his general technical knowledge.

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Abstract

Dispositif d'affichage à cellules photovoltaïques intégrées, comportant : (a) un réseau (62) de zones d'image (64) émettant de la lumière ou rétroéclairées par une source de lumière (63) placée derrière ledit réseau (62) de zones d'images (64); (b) un réseau formé par une pluralité de zones de cellules photovoltaïques (1;66;85) et une pluralité d'orifices (11,67), dans lequel réseau au moins deux zones de cellules photovoltaïques voisines (1',1"; 66',66") délimitent un orifice (11;67;84); (c) un réseau d'éléments optiques (3;65) positionné entre ledit réseau (62) de zones d'images (64) et ledit réseau formé par la pluralité de zones de cellules photovoltaïques (1;66;85) et la pluralité d'orifices (11;67;84), de manière à focaliser, par réfraction ou par réflexion, la lumière en provenance dudit réseau (62) de zones d'image (64) dans lesdits orifices (11;67;84); (d) un ensemble de zones texturantes (20;50) formées d'une pluralité de faces obliques (23) ou verticales par rapport au plan de surface dudit dispositif (60) et disposé derrière lesdites zones de cellules photovoltaïques (1;66;85) par rapport au chemin optique de la lumière émise par ledit dispositif (60); caractérisé en ce que l'ensemble de zones texturantes (20;50) est configuré de manière à diminuer la réflexion interne totale de la lumière émise par ledit dispositif (60) de manière à augmenter la luminosité dudit dispositif (60).

Description

Dispositif d'affichage avec cellules photovoltaïques intégrées à luminosité améliorée
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne le domaine des écrans d'affichage rétroéclairés, et plus particulièrement les écrans d'affichage rétroéclairés pour dispositifs électroniques portables, tels que des téléphones portables, présentant des cellules photovoltaïques intégrées dans la face d'affichage. Etat de la technique
Des écrans d'affichage comportant des zones d'images rétroéclairées sont couramment utilisés dans des dispositifs électroniques portables.
On entend ici par une zone d'image « rétroéclairée » une zone d'image qui est située devant une source lumineuse qui l'éclairé par l'arrière. La « zone d'image » peut par exemple être un pixel, une pluralité de pixels ou une partie d'un pixel (par exemple un pixel à cristaux liquides), ou encore une bande de film sur laquelle a été imprimée une image Dans un écran rétroéclairé, une source de lumière diffuse est placée derrière le plan des pixels, afin d'améliorer le contraste.
Les dispositifs portables disposent en général d'une alimentation électrique par batteries, dont la durée d'autonomie est un facteur de confort d'utilisation important. Pour augmenter cette durée d'autonomie, on a intégré des photopiles dans certains de ces dispositifs portables. Elles produisent une partie du courant nécessaire au fonctionnement dudit dispositif. Dans la mesure où l'espace disponible pour disposer des photopiles sur la surface externe desdits dispositifs portables est très réduit, il serait souhaitable d'intégrer les photopiles dans l'écran d'affichage lui-même.
L'état de la technique montre un certain nombre d'exemples pour une telle intégration. Une première approche consiste à déposer des cellules photovoltaïques semi-transparentes (voir EP 1 174 756 (ETA), US 7,206,044 (Motorola), WO 2009/052326, US 2010/284055, WO 2009/065069 (Qualcomm), US 2010/245731 (Intel)).
Une autre approche consiste à déposer des couches photovoltaïques sous la forme de bandes entre lesquelles passe la lumière provenant des pixels (voir US 2002/0119592 (BP), US 4,795,500 (Sanyo), WO 2009/098459 (M-Solv)). Toutes ces approches conduisent à des écrans qui sont soit peu lumineux, soit dont la superficie des cellules photovoltaïques, qui est, pour un type de cellule donné, proportionnelle à l'énergie convertie, est faible. Le document US 2007/0102035 (X. Yang) propose un système à lentilles disposé derrière l'écran d'affichage qui focalise la lumière rétroéclairante sur des zones non recouvertes de photopiles, alors que des photopiles couvrant des zones disposées sur la surface de l'écran collectent la lumière diffuse ambiante.
Cependant, d'une manière générale, ces photopiles ne doivent dégrader ni les caractéristiques d'imagerie ni la luminosité de l'écran dans lequel elles ont été intégrées, et c'est pourquoi la surface totale disponible pour ces photopiles est en fait très réduite. En effet, la largeur des photopiles ne peut pas être significativement supérieure à l'espace entre deux pixels, un espace que l'on souhaite minimiser afin d'améliorer la résolution de l'écran. Si les photopiles sont plus grandes, et a fortiori lorsqu'elles recouvrent partiellement la surface des pixels comme c'est le cas dans le mode de réalisation discuté ci-dessus du document US 2007/0102035, la luminosité et la résolution de l'image générée par l'écran se trouvent dégradées. Ce même document comporte un autre mode de réalisation dans lequel la lumière de rétroéclairage est focalisée dans l'espace entre les photopiles par une lentille située entre la source de lumière de rétroéclairage et le substrat sur lequel se trouve le réseau de pixels. Ce mode de réalisation présente l'inconvénient de nécessiter un positionnement extrêmement précis de la lentille, à la fois en ce qui concerne sa position latérale, mais surtout sa distance par rapport aux photopiles, ce qui est peu compatible avec un procédé industrialisable à un coût raisonnable. Par ailleurs, il ne permet pas d'intégrer la source de lumière pour le rétroéclairage directement dans le substrat des transistors à effet de champ qui pilotent les cristaux liquides formant les pixels de l'écran.
Récemment, ces derniers systèmes d'écrans rétroéclairés munis de bandes de photopiles intégrées sur la face d'affichage ont été le point de départ d'une amélioration significative par l'utilisation de réseaux lenticulaires, tel que décrit dans les documents WO 2012/104503 et WO 2013/054010 (WYSIPS), capables de focaliser la lumière provenant des pixels de l'écran rétroéclairé entre les bandes photovoltaïques et augmentant ainsi, à fraction surfacique constante des bandes photovoltaïques, la luminosité de l'écran.
Aussi performants qu'ils soient, on souhaiterait encore soit améliorer la luminosité de ces écrans, à fraction surfacique constante des bandes photovoltaïques, soit augmenter la surface des bandes photovoltaïques, à luminosité constante. Le bilan optique montre qu'une partie de la lumière en provenance des zones d'image rétroéclairées est perdue par réflexion aux diverses interfaces optiques du système, qu'une autre partie est absorbée (éventuellement après réflexions multiples) dans les couches optiques qu'elle traverse, qu'une autre partie de la lumière est écrantée par les bandes photovoltaïques (malgré sa focalisation dans les espaces entre les bandes obtenue grâce au réseau lenticulaire), et qu'une autre partie est perdue par réflexion totale.
Le problème que la présente invention souhaite résoudre est donc celui de la diminution des pertes optiques dans un écran d'affichage rétroéclairé muni de bandes photovoltaïques et d'un système de focalisation de la lumière entre les bandes photovoltaïques par réseau lenticulaire.
Objets de l'invention
Selon l'invention, le problème est résolu par un dispositif d'affichage, à cellules photovoltaïques intégrées, qui représente le premier objet de l'invention. Ce dispositif comporte :
(a) un réseau de zones d'image émettant de la lumière ou rétroéclairées par une source de lumière placée derrière ledit réseau de zones d'images ;
(b) un réseau formé par une pluralité de zones de cellules photovoltaïques et une pluralité d'orifices, dans lequel réseau au moins deux zones de cellules photovoltaïques voisines délimitent un orifice;
(c) un réseau d'éléments optiques positionné entre ledit réseau de zones d'images et ledit réseau formé par la pluralité de zones de cellules photovoltaïques et la pluralité d'orifices, de manière à focaliser, par réfraction ou par réflexion, la lumière en provenance dudit réseau de zones d'image dans lesdits orifices ;
(d) un ensemble de zones texturantes formées d'une pluralité de faces obliques ou verticales par rapport au plan de surface dudit dispositif et disposé derrière lesdites zones de cellules photovoltaïques par rapport au chemin optique de la lumière émise par ledit dispositif;
caractérisé en ce que l'ensemble de zones texturantes est configuré de manière à être apte à diminuer la réflexion interne totale de la lumière émise par ledit dispositif de manière à augmenter la luminosité dudit dispositif.
Lesdites zones texturantes comprennent typiquement une pluralité de faces obliques ou verticales, et/ou un deuxième réseau lenticulaire dit « texturant ». Dans un mode de réalisation, ledit réseau lenticulaire principal est constitué d'une pluralité de lentilles rectilignes cylindriques, par exemple de type plan-convexe. Dans un autre mode de réalisation, ledit réseau lenticulaire principal est constitué d'une pluralité de lentilles sphériques hexagonales.
Dans un autre mode de réalisation dudit dispositif d'affichage, qui peut être combiné avec le précédent, ledit dispositif comporte :
(a) un réseau de zones d'image émettant de la lumière ou rétroéclairées par une source de lumière placée derrière le réseau de zones d'images ;
(b) un réseau formé par une pluralité de bandes de cellules photovoltaïques et une pluralité de bandes libres, dans lequel réseau deux bandes de cellules photovoltaïques voisines délimitent une bande libre, ces bandes libres étant les orifices comme indiqués ci-dessus ;
(c) un réseau lenticulaire dit « principal » permettant de focaliser la lumière émise par lesdites zones d'image dans les bandes libres entre deux bandes de cellules photovoltaïques voisines ;
ledit réseau lenticulaire principal étant positionné entre ledit réseau de zones d'images et ledit réseau de bandes de cellules photovoltaïques et de bandes libres de manière à focaliser la lumière en provenance dudit réseau de zones d'image sur lesdites bandes libres ;
ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de bandes texturantes capables de diminuer la réflexion interne totale de la lumière émise par lesdites zones d'image, lesdites bandes texturantes s'étendant dans un sens parallèle auxdites bandes photovoltaïques et étant disposées derrière lesdites bandes de cellules photovoltaïques, par rapport au chemin optique de la lumière émise par ledit dispositif. Ledit réseau lenticulaire primaire comporte une juxtaposition de lentilles rectilignes identiques, dont l'axe longitudinal est parallèle aux bandes de cellules photovoltaïques.
Dans ce mode de réalisation, lesdites bandes texturantes peuvent comprendre une pluralité de facettes optiques inclinées (notamment obliques ou verticales) par rapport au plan parallèle à la surface dudit dispositif, et/ou un deuxième réseau lenticulaire dit « texturant ».
Dans tous ces modes de réalisation, lesdites bandes photovoltaïques peuvent être immergées dans ledit réseau lenticulaire principal, ou dans un matériau qui présente un indice optique sensiblement identique à celui du réseau lenticulaire principal.
Dans un mode de réalisation, lesdites zones ou bandes texturantes comprennent un sommet, un fond et un flanc. Le sommet desdites zones ou bandes texturantes est avantageusement centré sur les zones ou bandes photovoltaïques ou sur les orifices ou les bandes libres. Le fond et/ou le sommet desdites zones ou bandes texturantes peut être aplati ou arrondi.
Dans une variante de ce mode de réalisation, le flanc de ladite zone ou bande texturante présente aux moins deux pentes différentes, et/ou est arrondi sur au moins une partie de sa longueur.
Dans un autre mode de réalisation, lesdites zones ou bandes texturantes forment un réseau lenticulaire texturant présentant des caractéristiques de focalisation optique différentes du réseau lenticulaire principal. Les sommets dudit réseau lenticulaire texturant se superposent avantageusement avec les sommets du réseau lenticulaire principal.
Dans un autre mode de réalisation, lesdites zones ou bandes texturantes présentent des faces à au moins un angle β supérieur à 0° et inférieur à 90° par rapport à la surface dudit dispositif, et de préférence compris entre 10 et 75°.
La liaison entre ledit réseau lenticulaire principal et lesdites zones d'image est avantageusement assurée par une colle optiquement transparente à haut indice de réfraction.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre un écran tactile sur sa face externe, dirigée vers l'utilisateur.
Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un dispositif selon l'invention, dans lequel, successivement :
(i)
(i) on structure un substrat par enlèvement de matière ou par dépôt de matière de manière à lui conférer une structure en zones qui représente la forme des éléments optiques du réseau;
(ii) on dépose sur ledit substrat texturé une résine présentant un indice optique supérieur à celui dudit substrat pour former ledit réseau d'éléments optiques;
(iii) on dépose sur la face arrière dudit réseau d'éléments optique des zones de cellules photovoltaïques et éventuellement une résine optiquement transparente ; (iv) on aménage ou dépose sur la face arrière de la structure ainsi obtenue lesdites zones texturantes;
sachant que le terme « face arrière » se réfère au chemin optique de la lumière incidente qui entre par la face « avant » du dispositif.
La structure optique selon l'invention qui vient d'être décrite peut être intégrée dans un dispositif d'affichage, en particulier un écran digital d'affichage, à cellules photovoltaïques intégrées. Un tel écran peut comporter (a) un réseau de zones d'image émettant de la lumière ou rétroéclairées par une source de lumière placée derrière le réseau de zones d'images, (b) un réseau formé par une pluralité de zones de cellules photovoltaïques (par exemple en bandes parallèles) et une pluralité d'orifices (ou de bandes dites libres, parallèles auxdites bandes de cellules photovoltaïques), dans lequel réseau au moins deux zones de cellules photovoltaïques voisines délimitent un orifice (par exemple deux bandes de cellules photovoltaïques voisines délimitent une bande libre), (c) un réseau lenticulaire permettant de focaliser la lumière émise par lesdites zones d'image dans les orifices (par exemple dans les bandes libres entre deux bandes photovoltaïques) voisins. Dans ledit dispositif d'affichage, ledit réseau lenticulaire est positionné entre ledit réseau de zones d'images et ledit réseau de cellules photovoltaïques.
Le dispositif d'affichage selon l'invention comporte un réseau de zones d'images. Il peut s'agir de pixels. Le terme « pixel » englobe ici soit un pixel individuel de couleur unique, soit une pluralité de parties d'un pixel (typiquement trois, à savoir de couleur bleue, rouge et verte) qui coopèrent afin de créer une tache lumineuse d'une couleur déterminée en fonction de l'intensité lumineuse émise par chaque zone. Ces zones d'images ou pixels forment un réseau ordonné. Les techniques d'affichage par pixels sont connues de l'homme du métier. L'écran selon l'invention peut être rétroéclairé au moyen d'une source de lumière placée derrière le réseau de zones d'images ou pixels (par exemple dans le cas d'un écran de type LCD (Liquid Crystal Display) ou dans le cas d'un panneau publicitaire comprenant des zones d'images sous la forme de bandes parallèles imprimées, de préférence translucides), et/ou les pixels peuvent émettre activement de la lumière (par exemple des pixels électroluminescents). L'écran peut être un écran souple ou rigide. Il peut comporter sur sa face externe une couche ou un film tactile, de manière à permettre l'entrée de données par l'utilisateur par l'intermédiaire d'une voie tactile. Dans d'autres modes de réalisation, les zones d'images, pixels et/ou parties de pixels sont ordonnés de manière à ce que différents groupes de zones d'images, pixels et/ou parties de pixels génèrent des images différentes. Le dispositif d'affichage selon l'invention comprend par ailleurs une pluralité de zones (ou bandes) de cellules photovoltaïques qui alternent avec une pluralité d'orifices (i.e. de zones ne comportant pas de cellules photovoltaïques, par exemple des bandes libres) par lesquelles la lumière en provenance des zones d'image ou des pixels peut passer. Lesdites zones de cellules photovoltaïques (par exemple lesdites bandes photovoltaïques) et lesdits orifices (par exemple lesdites bandes libres) peuvent avoir une dimension, longueur ou largeur quelconque ; elles peuvent s'étaler sur toute la longueur ou largeur du dispositif d'affichage selon l'invention, ou sur une partie seulement ; ledit dispositif d'affichage peut alors comprendre plusieurs ensembles de zones de cellules photovoltaïques. Lesdites zones ou bandes de cellules photovoltaïques peuvent être déposées sur un substrat approprié, par exemple une plaque ou un film ; nous appelons par la suite les zones ou bandes de cellules photovoltaïques déposées sur leur substrat une « plaque photovoltaïque », ce qui n'implique nullement qu'elle soit mécaniquement rigide. Au contraire, ledit substrat peut être souple, flexible. Lesdites zones de cellules photovoltaïques peuvent avoir une forme quelconque, par exemple rectangulaire. Lesdites zones de cellules photovoltaïques (par exemple lesdites bandes photovoltaïques) et lesdits orifices (par exemple lesdites bandes libres) peuvent être équidistantes, ou former autrement un réseau ordonné. Grâce aux orifices (par exemple les bandes libres), la plaque photovoltaïque est partiellement transparente ; la transmission optique dite externe (Text) de la plaque photovoltaïque est déterminée en grande partie par la fraction surfacique qu'occupent les cellules photovoltaïques, et par leur transmission optique intrinsèque.
Dans tous les modes de réalisation, une zone ou bande de cellules photovoltaïques peut comporter une ou plusieurs cellules photovoltaïques, et dans le deuxième cas ces cellules photovoltaïques peuvent être de nature (matériaux et/ou structure), forme et dimension identiques ou différentes, et elles peuvent être mises électriquement en série et/ou en parallèle. Lesdites zones de cellules photovoltaïques (par exemple lesdites bandes photovoltaïques) sont avantageusement des cellules photovoltaïques en couches minces à base de silicium amorphe ou microcristallin, car ce type de cellules est particulièrement adapté pour convertir de la lumière de faible intensité (lumière diffusante, lumière à l'intérieur de pièces) ; mais on peut aussi réaliser ces cellules photovoltaïques en toute autre technologies adaptées, par exemple à base de CdTe ou CIGS (cuivre - indium - gallium - sélénium) ou à base de polymères. Il peut s'agir de jonctions de type p-i-n ou p-n, ou encore de cellules tandem, i.e. comportant deux cellules superposées qui absorbent préférentiellement une partie différente du spectre lumineux. Elles peuvent être conçues pour convertir la lumière visible et/ou la lumière ultra-violette et/ou la lumière infrarouge en électricité. Elles peuvent être au moins partiellement transparentes à la lumière visible. Elles peuvent être protégées par une couche de protection, qui est avantageusement pourvue d'une couche antireflet. Le dispositif d'affichage selon l'invention peut comprendre également une pluralité de lentilles, sous la forme d'un film ou d'une plaque. Ces lentilles peuvent être identiques ou différentes.
Dans un mode de réalisation, le réseau lenticulaire primaire comprend une juxtaposition de lentilles rectilignes identiques, dont l'axe longitudinal est parallèle à l'axe longitudinal des bandes de cellules photovoltaïques.
Avantageusement, les surfaces respectives du réseau photovoltaïque, du réseau lenticulaire et du réseau de pixels sont soit planes (et sensiblement parallèles), soit courbes (tout en restant équidistantes), notamment dans le cas où l'écran est un écran souple. Les réseaux lenticulaires peuvent être réalisés en une matière plastique transparente appropriée, telle que le PET.
Selon l'invention, la forme des lentilles, leur caractéristiques optiques et leur positionnement par rapport à la plaque photovoltaïque sont tels qu'un faisceau lumineux provenant d'une zone d'image (par exemple d'un pixel ou d'une partie d'un pixel) et traversant une lentille aura en sortie de la lentille, typiquement par l'effet d'une déviation et/ou concentration optique, une direction lui permettant de traverser au moins en partie, mais de préférence en totalité, l'orifice entre deux cellules photovoltaïques adjacentes. Si la totalité de l'intensité lumineuse provenant des pixels passe dans les orifices, la transmission optique dite interne (Tin) de la plaque photovoltaïque est maximale. Mais le but de l'invention peut être atteint même si une partie de la lumière provenant des pixels est absorbée par la plaque photovoltaïque. Typiquement, à chaque lentille correspond un orifice de forme et taille adéquates. D'une manière générale, les lentilles formant la plaque lenticulaire (et qui sont avantageusement disposées de manière à former un réseau lenticulaire) peuvent avoir toute forme et caractéristique appropriées ; il peut s'agir notamment de lentilles plan-convexes ou biconvexes, ou encore de lentilles sphériques et/ou asphériques, ou encore de lentilles symétriques ou asymétriques, ou encore les lentilles à variation d'indice. Plus particulièrement, le réseau de zones d'images est avantageusement positionné par rapport au réseau lenticulaire et par rapport à la plaque photovoltaïque de manière à ce que la lumière provenant de chaque zone d'image ou partie de zone d'image et reçue par la lentille correspondante du réseau lenticulaire soit déviée et/ou concentrée par cette lentille de manière à passer entièrement, ou au moins en grande partie, au travers de l'un des orifices de la plaque photovoltaïque.
Pour éviter les réflexions parasites au passage du réseau lenticulaire vers la plaque photovoltaïque et réciproquement, les composants peuvent être collés ou peuvent ne constituer qu'une seule plaque comportant à la fois les cellules photovoltaïques et les lentilles. Le collage se fait de préférence à l'aide d'une colle optiquement transparente à haut indice de réfraction (de préférence supérieur à 1 ,7).
Figures
- La figure 1 montre schématiquement en coupe transversale la structure optique d'un écran d'affichage avec bandes photovoltaïques selon l'état de la technique.
- Les figures 2a, 2b, 2c et 2d montrent schématiquement en coupe transversale une partie de ce dispositif en focalisant l'attention sur la géométrie du substrat portant les cellules photovoltaïques et sur la géométrie d'un réseau d'éléments optiques de type lenticulaire ; dans les figures 2b, 2c et 2d on représente un faisceau de lumière incident sous des angles différents.
- Les figures 3 à 7 illustrent certains modes de réalisation ou aspects particuliers de l'invention ; elles ne limitent pas sa portée.
- Les figures 3a, 3b, 3c et 3d montrent schématiquement en coupe transversale différentes variantes d'un mode de réalisation du réseau lenticulaire et du substrat des cellules photovoltaïques, dans lesquels modes de réalisation le milieu optique derrière les cellules photovoltaïques a été structuré selon l'invention par des bandes texturantes ou structurantes, ces termes étant utilisés ici de façon synonyme.
- La figure 4 montre schématiquement un autre mode de réalisation dans lequel le milieu optique derrière les cellules photovoltaïques a été structuré selon l'invention par des bandes texturantes. - La figure 5 montre schématiquement en coupe transversale l'évolution du dispositif selon l'invention pendant les étapes d'un procédé selon l'invention permettant de fabriquer un écran d'affichage selon l'invention.
- Les figures 6 et 7 montrent schématiquement en coupe transversale deux modes de réalisation d'un dispositif d'affichage selon l'invention, comprenant la structure optique selon l'invention et le réseau de zones d'images avec son éclairage. Elles représentent une vue partielle dans la mesure où elles ne montrent pas les bandes texturantes.
- La figure 8 montre un réseau lenticulaire composé de lentilles cylindriques (figure 8a) ou sphériques hexagonales (figure 8b), ainsi que les paramètres géométriques de ces lenticulaires vus en coupe (figure 8c).
- La figure 9 définit des paramètres géométriques des zones de cellules photovoltaïques dans le cas où les zones de cellules photovoltaïques forment un réseau de bandes parallèles dont deux bandes voisines délimitent une bande libre (figure 9a), dans le cas où les cellules photovoltaïques ont la forme de bandes dont chacune délimite deux ou (aux points de contact) trois zones hexagonales représentant les orifices (figure 9b), et dans le cas où les cellules photovoltaïques sont associées au réseau lenticulaire (figure 9c).
- La figure 10 montre schématiquement en coupe transversale dans un mode de réalisation particulier le rapport entre la forme des bandes texturantes et l'angle de la lumière incidentesur lesdites bandes.
- La figure 11 montre schématiquement en coupe transversale un extrait du dispositif selon l'invention en focalisant l'attention sur la géométrie d'un réseau d'éléments optiques de type concentrateurs optiques.
Description détaillée
La figure 1 montre schématiquement un écran d'affichage de type connu comportant un réseau lenticulaire 65 capable de focaliser la lumière, en provenance d'une zone d'image 9 d'un dispositif d'affichage, dans l'espace 11 entre les bandes photovoltaïques 1. Ces dernières sont déposées sur un substrat 2. L'espace 72 entre la zone d'image 9 et la surface des lentilles 61 du réseau lenticulaire 65 peut être un espace d'air, ou encore rempli d'une colle optiquement transparente.
La figure 2a montre schématiquement en section transversale une partie de la structure optique d'un écran connu. Les cellules photovoltaïques 1 , typiquement sous la forme de bandes parallèles, sont déposées sur un substrat 2, typiquement en verre, et sont pris en sandwich par le réseau d'éléments optiques 3 de type lenticulaire. Ce dernier comporte des ondulations 4 parallèles comportant des sommets 5 et des vallées 6, disposées parallèles aux bandes photovoltaïques 1 , de manière à ce que les sommets 5 se situent au milieu entre deux bandes photovoltaïques 1 , et les vallées 6 au milieu des bandes photovoltaïques 1 . Lesdites ondulations agissent comme lentilles. La figure 2a montre une lentille cylindrique de type plan-convexe ; ce type de lentilles convient à la réalisation de la présente invention.
Comme montré sur la figure 2b, cette structure permet de focaliser, par réfraction, la lumière incidente 10 en provenance du rétroéclairage dans les espaces 11 entre deux bandes photovoltaïques 1 ', 1 " voisines. Ainsi, la vision de l'utilisateur 12 de l'image affichée sur l'écran n'est pas perturbée par la présence des bandes photovoltaïques 1 ',1 " et le faisceau transmis 13 vu par l'observateur 12 n'aura subi que les inévitables pertes par absorption dans les milieux optiques qu'il aura traversé. Cependant, comme montré sur la figure 2c et la figure 2d, ce constat ne vaut que pour l'incidence normale du faisceau 10 en provenance du rétroéclairage. Une incidence du faisceau incident 10 sous un angle a autre que 0° peut conduire à la réflexion totale interne (TIR - « total internai reflexion » en anglais) du faisceau, faisant subir au faisceau transmis 13' la perte d'une composante 14 réfléchie à une interface 15 entre milieux optiques différents (ici : interface entre le substrat 2 et l'air 16. Si l'angle a est suffisamment grand, le faisceau incident 10 peut aussi heurter directement une bande photovoltaïque 1 , ce qui engendre une perte directe d'une composante du faisceau optique 13" avant même d'avoir atteint l'interface 15 à laquelle se produit la réflexion totale interne.
Selon l'invention, on structure le milieu optique derrière les zones de cellules photovoltaïques 1 de manière à diminuer la perte par réflexion totale interne. L'expression « derrière » se réfère ici à la direction du faisceau incident 10, qui émane du « devant » (i.e. du réseau lenticulaire 3) et se propage vers « l'arrière », i.e. l'observateur 12. Quelle que soit la forme desdites zones de cellules photovoltaïques (en bandes ou autres formes), cette structuration du milieu optique peut se faire sous la forme d'une texturisation avec des bandes parallèles aux zones de cellules photovoltaïques 1 . De manière avantageuse, on aménage une structure présentant une pluralité de faces obliques parallèles, et/ou on dépose un deuxième réseau lenticulaire présentant des caractéristiques de focalisation optique différentes de celles du premier. Cette structure optique selon l'invention sera illustrée à l'aide de certains modes de réalisation et de variantes qui seront expliqués à l'aide des figures 3, 4 et 5. Il est entendu que tous les modes de réalisation et toutes les variantes présentés peuvent être combinés entre eux et/ou entre elles. Ces figures ne montrent pas certains composants indispensables au fonctionnement d'un écran d'affichage, notamment la couche de transistors à effet de champ qui est essentielle pour générer une image dans un écran à cristaux liquides, mais qui est bien connue de l'homme du métier.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les cellules photovoltaïques 1 sont immergées dans le réseau optique 3, notamment lenticulaire, dont la face arrière 8 est texturée au moins dans une partie de l'orifice 11 entre les zones de cellules photovoltaïques 1 ', 1 ". Cette texture peut par exemple prendre la forme de bandes texturantes 20 parallèles aux bandes photovoltaïques 1. La figure 3b montre une première variante de ce mode de réalisation. Il se caractérise par la présence de zones (par exemple de bandes) 20 texturantes ou structurantes comportant un sommet 21 , un fond 22 et un flanc 23. Le sommet 21 est centré dans l'espace entre les zones ou bandes de cellules photovoltaïques 1 ', 1 ", le fond 22 est centré sur les zones ou bandes de cellules photovoltaïques l', 1". Le flanc 23 est caractérisé par au moins une pente inclinée d'un angle δ par rapport à la normale au plan de surface. La hauteur h entre le sommet 21 et le fond 22 des zones ou bandes texturantes 20 peut être la même pour toutes les zones ou bandes, ou elle peut être différente. Les zones ou bandes texturantes 20 peuvent être en la même matière que le réseau lenticulaire 3 ou en un autre matériau, typiquement en polymère ; leur indice optique est avantageusement le même que celui du matériau du réseau lenticulaire 3. Le fond 22 de ladite zone ou bande 20 texturante peut être à fleur de la zone ou bande de cellules photovoltaïques 1. Le fond 22 de la zone ou bande texturante 20 peut aussi être séparé de la zone ou bande de cellules photovoltaïques 1 par une certaine épaisseur (en gris foncé sur les figures 3a à 3c), qui peut être en la même matière que la zone ou bande texturante 20, ou peut être en la même matière que le réseau lenticulaire, comme montré sur la figure 3b, ou en des matières optiquement similaires à ceux-ci. Le fond 22 et/ou le sommet 21 peuvent être aplatis, comme sur la figure 3b, ou arrondis. La figure 3c montre une seconde variante de ce mode de réalisation, dans laquelle le flanc de la zone ou bande 20 texturante présente au moins deux pentes différentes, formant des angles δι et δ2 avec la normale au plan de surface. Cette zone ou bande 20 texturante à deux pentes peut être obtenue en déposant successivement une première zone ou bande texturante 20' de hauteur hi suivie d'une seconde zone ou bande texturante 20" de hauteur h2, déposées l'une sur l'autre ; le matériau et l'indice de réfraction de la seconde zone ou bande texturante 20" peuvent être les mêmes que ceux de la première zone ou bande texturante 20' ou peuvent être différents. Alternativement ou sectoriellement, le flanc 23 peut être arrondi.
La figure 3d montre une troisième variante de ce mode de réalisation, dans laquelle on dépose à titre de zones ou bandes texturantes un deuxième réseau lenticulaire 24 appelé « réseau lenticulaire texturant » présentant des caractéristiques de focalisation optique différentes de celles du premier réseau lenticulaire 3. Le matériau et l'indice de réfraction du réseau lenticulaire texturant 24 peuvent être les mêmes que ceux du premier réseau lenticulaire 3 ou peuvent être différents. Le pas du réseau lenticulaire texturant 24 est le même que celui du réseau lenticulaire principal 3, et les sommets 25 du réseau lenticulaire texturant 24 sont alignés avec les sommets 4 du réseau lenticulaire principal 3. Ledit réseau lenticulaire texturant 24 doit présenter une zone plate 26 entre deux sommets 25, centrée sur la zone ou bande de cellules photovoltaïques 1.
La figure 3a montre une quatrième variante de ce mode de réalisation, dans laquelle les bandes texturantes 20 ont un flanc 23 sensiblement vertical (i.e. parallèle à la direction normale). La figure 4 montre un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel la surface du substrat 2 opposée aux cellules photovoltaïques 1 est texturée de manière à minimiser les pertes optiques par réflexion totale. Cette texturisation peut prendre la forme de bandes texturantes 50, 50', 50" parallèles aux bandes photovoltaïques 1 , ces bandes présentant des faces à au moins un angle supérieur à 0° et inférieur à 90° par rapport à la surface 7 du substrat 2. L'angle β est avantageusement compris entre 10° et 75°.
Lesdites bandes texturantes 50 peuvent être déposées sur la surface 7 du substrat ; elles peuvent être en n'importe quel matériau transparent approprié, par exemple en plastique. A titre d'exemple, elles peuvent être fabriquées par moulage, ou en imprimant sur une couche de polymère déformable à l'aide d'un tampon ou d'un rouleau texturé. Lesdites bandes texturantes 50 peuvent aussi être produites par enlèvement de matière à partir de la surface 7 du substrat 2, par exemple par gravure. A titre d'exemple, pour un pas p du réseau lenticulaire principal 3 (ce pas p étant défini par l'espacement entre vallées 6', 6" voisines) de 50 μηι, la hauteur h des bandes texturantes 50 est avantageusement comprise entre 1 pm et 10 pm.
Nous décrivons maintenant des procédés de fabrication permettant de produire les dispositifs selon l'invention. Dans certains de ces modes de réalisation on dépose les cellules photovoltaïques 1 sur le substrat 2, dans d'autres on dépose les cellules photovoltaïques 1 sur le réseau lenticulaire 3.
Dans un premier mode de réalisation montré sur la figure 5 on structure un substrat 2 par enlèvement de matière ou par dépôt de matière de manière à lui conférer une texture en bandes parallèles formant le réseau lenticulaire principal 3 (étape 1 ). On peut par exemple procéder à une gravure du substrat 2, ou on peut déposer un polymère sur ledit substrat 2 et lui imprimer la texture souhaitée, en utilisant toute technique appropriée, par exemple un tampon ou un rouleau texturé. L'indice de réfraction de dépôt de polymère doit être proche de celui du substrat 2 et on préfère qu'il soit le même. Ledit polymère peut être déposé sous la forme d'une couche liquide, solide ou semi-solide, et il peut être durci après texturisation. A titre d'exemple, on peut déposer sur ledit substrat 2 un film plastique partiellement fondu, lui imprimer la texture souhaitée, puis le durcir en le refroidissant. Ou on peut déposer sur le substrat 2 un polymère liquide ou semi-liquide à l'aide d'un rouleau texturé et durcir ce film liquide ou semi-liquide par toute technique appropriée au polymère utilisé (par exemple par effet thermique ou photochimique). Ledit substrat 2 peut être en verre ou en polymère, et dans ce dernier cas, si l'on dépose un film texturé sur le substrat 2 en polymère, on peut utiliser le même polymère ou un polymère différent.
Dans une seconde étape, on dépose sur le substrat 2 texturé une résine présentant un indice optique supérieur à celui du substrat 2. Cette résine peut être déposée par exemple à l'état liquide et solidifiée par toute technique appropriée. Ainsi on forme le réseau lenticulaire primaire 3. Dans une troisième étape on dépose sur la face arrière du réseau lenticulaire primaire 3 les bandes photovoltaïques 1. Dans une quatrième étape on dépose sur l'arrière de la structure ainsi obtenue les bandes texturantes 20 visant à diminuer la réflexion totale interne, notamment selon l'une des trois variantes décrites ci-dessus. Ainsi, on peut déposer, comme montré sur la figure 5, un réseau lenticulaire texturant, par exemple en déposant un polymère liquide ou semi- solide auquel on imprime (par rouleau ou moulage) la texture lenticulaire souhaitée. La figure 6 montre de manière schématique et de manière partielle un premier mode de réalisation de l'invention. La figure représente une coupe transversale à travers un écran d'affichage selon l'invention. L'écran d'affichage 60 selon l'invention comporte un réseau 62 de zones d'images 64 (qui peuvent être des pixels) rétroéclairés par une source de lumière 63 placée derrière le réseau 62 de zones d'images 64. La source de lumière 63 peut être une plaque plane de faible épaisseur, par exemple une plaque diffusante éclairée par une ou plusieurs diodes électroluminescentes (LED) 73. Dans une variante de ces modes de réalisation, le réseau 62 de pixels 64 n'est pas rétroéclairé par une source de lumière, mais chaque pixel 64 constitue lui-même une source de lumière, par exemple par électroluminescence. De manière connue, chaque pixel 64 peut être formé par une pluralité d'unités 64', 64", 64"' de couleur différente, typiquement par trois unités (rouge, bleu, vert), par exemple en utilisant un réseau de filtres de forme et couleur appropriées. Cela est illustré sur la figure 6 et s'applique à tous les modes de réalisation de la présente invention.
L'écran 60 selon l'invention comporte également un réseau 66 de zones de cellules (par exemple bandes de cellules) photovoltaïques L'écran 60 comporte également un réseau lenticulaire 65 qui peut comporter une juxtaposition de lentilles rectilignes identiques, dont l'axe longitudinal est parallèle aux bandes de cellules photovoltaïques Ledit réseau lenticulaire est positionné entre ledit réseau 62 de zones d'images 64 et ledit réseau 66 de cellules photovoltaïques Le réseau lenticulaire 65 s'étend de la surface des lentilles 61 jusqu'à la surface 71. Il est typiquement en matière plastique (polymère) optiquement transparent. Il peut être constitué d'une juxtaposition de lentilles 61 rectilignes ou autres, identiques, qui peuvent être de type plan-convexe ou biconvexe, ou autre ; elles peuvent être de type symétrique ou asymétrique, sphérique ou asphérique. Avantageusement, ledit réseau lenticulaire 65 génère un effet de lentille individuelle pour chaque pixel 64, focalisant la lumière provenant du pixel 64 dans l'orifice (bande libre) 67 entre deux zones ou bandes photovoltaïques 1 ',1 " voisines. Dans une variante, chaque unité 64', 64", 64"' d'un pixel 64 possède sa propre lentille 61.
Selon l'invention, le réseau lenticulaire 65 est lié au réseau de zones d'images 62 par une colle optiquement transparente 68, de préférence à haut indice optique ; ladite zone d'images peut être recouverte d'une zone de protection (film ou vitre). Comme expliqué ci-dessus, les zones ou bandes de cellules photovoltaïques 66 peuvent être immergées dans le réseau lenticulaire 65 (comme montré sur la figure 6). Cette immersion peut être obtenue par exemple en déposant le réseau de zones ou bandes photovoltaïques 66 sur la face arrière du réseau lenticulaire 65 suivi d'une immersion dans une résine identique ou optiquement similaire à celle qui forme le réseau lenticulaire 65.
Comme cela est montré sur la figure 7, au lieu d'être immergées dans le matériau du réseau lenticulaire, lesdites zones ou bandes de cellules photovoltaïques 66 peuvent aussi être déposées sur un substrat 69 qui peut être rigide, souple ou semi- rigide. Ledit substrat 69 peut par exemple être en verre ou en plastique. On dépose ensuite un polymère déformable sur ledit réseau de zones de cellules photovoltaïques 66 puis on forme à l'aide d'un moule (ou d'un rouleau convenablement texturé) le réseau lenticulaire primaire 65. Ce dernier est ensuite collé sur la zone d'images 64 à l'aide d'une colle optiquement transparente 68, soit directement soit par l'intermédiaire d'une surface de protection 70 (film ou vitre) qui recouvre ladite zone d'images 64. Les zones texturantes (non montrées sur la figure) peuvent être aménagées sur la surface arrière du substrat 69.
Dans les modes de réalisation des figures 6 et 7, la texturisation permettant de diminuer la réflexion totale interne peut se faire selon l'un des modes de réalisation décrits précédemment en relation avec les figures 3 et 4 ; ces figures 6 et 7 ne montrent pas les zones ou bandes texturantes selon l'invention.
Comme cela est montré sur la figure 8, ledit réseau lenticulaire principal 3 peut être constitué d'une pluralité de bandes lenticulaires 80 comportant des lentilles rectilignes cylindriques (figure 8a), ou d'une pluralité de bandes lenticulaires 81 de lentilles sphériques hexagonales 82 (figure 8b). Les paramètres géométriques du réseau lenticulaire 3 vu selon les deux plans de coupe matérialisés sur les figures 8a et 8b sont indiqués sur la figure 8c.
La figure 9 définit des paramètres géométriques des zones de cellules photovoltaïques selon deux modes de réalisation. La figure 9a représente la surface du réseau de cellules photovoltaïques dans un mode de réalisation où les zones de cellules photovoltaïques forment un réseau de bandes parallèles 1 de largeur CD, deux bandes voisines délimitant une bande libre. La figure 9b montre un mode de réalisation avec des orifices hexagonaux 84 ; les cellules photovoltaïques 85 ont la forme de bandes de largeur CD formant un réseau hexagonal : chaque segment droit d'une bande de cellules photovoltaïques délimite deux zones hexagonales voisines 84', 84", ou (aux points de contact 86) trois zones hexagonales voisines 84', 84", 84"' ; ainsi le réseau de bandes photovoltaïques 85 délimite le réseau des orifices 84. La figure 9c montre le réseau de cellules photovoltaïques 1 associé au réseau lenticulaire 3 vu selon les deux plans de coupe matérialisés sur les figures 9a et 9b. Selon le dispositif représenté sur la figure 9c, p est avantageusement compris entre 5 et 100 pm et CD est avantageusement compris entre 0.1 *p et 0.9*p. R est avantageusement compris entre 0.5*p et p dans le mode de réalisation de la figure 9a, et entre 0.57*p et p dans le mode de réalisation de la figure 9b.
A titre d'exemple, on a réalisé des dispositifs selon l'invention telle que représentée sur la figure 9a avec p = 50 μιτι, t = 10 pm et avec un rayon de courbure R = 26 pm. On a également réalisé des dispositifs avec p = 30 pm, t = 6 pm et R = 16 pm, le paramètre t étant défini sur la figure 8c.
On a également réalisé des dispositifs selon l'invention telle que représentée sur la figure 9b avec a = 25 pm, d = 50 pm, t = 10 pm, p = 43,3 pm et R = 26 pm. Un autre exemple avait les paramètres suivants : a = 15 pm, d = 30 pm, t = 6 pm, p = 26 pm et R = 16 pm, le paramètre t étant défini sur la figure 8c.
La figure 10 montre schématiquement en coupe transversale le module décrit précédemment à la figure 4. Elle illustre le lien existant entre la forme d'une bande texturante 50, tel que l'angle d'inclinaison β entre une de ses faces et la surface du substrat 2, et l'angle d'incidence Θ de la lumière issue du réseau lenticulaire 3 sur ladite bande 50. Idéalement, la réflexion interne totale est minimale lorsque la somme des angles β et Θ est proche de 90°.
La figure 1 1 montre schématiquement en section transversale une partie du dispositif selon un mode de réalisation particulier de l'invention. Ce dernier comporte des ondulations 4 parallèles comportant des sommets 5 et des vallées 6, disposées parallèles aux bandes photovoltaïques 1 , de manière à ce que les sommets 5 se situent au milieu des bandes photovoltaïques 1 , et les vallées 6 au bord des bandes transparentes 11. Le système diffère de la figure 2c en ce que les éléments optiques 3, de par la forme des ondulations 4, ne jouent pas le rôle de lentilles mais de concentrateurs de lumière. Ainsi, la lumière incidente 10 en provenance du rétroéclairage n'est non pas réfractée mais réfléchie à la surface des concentrateurs de lumière 3 pour être dirigée dans les orifices 11 situés entre deux bandes de cellules photovoltaïques 1. Cette réflexion peut avoir lieu à l'interface 4 entre deux milieux optiques d'indices de réfraction différents, ou bien sur une surface réfléchissante. La figure 11 montre un concentrateur de forme parabolique qui convient à la réalisation de la présente invention, mais il existe de nombreuses autres formes permettant de concentrer par réflexion la lumière incidente 10. Une incidence du faisceau incident 10 sous un angle a autre que 0° peut conduire à la réflexion totale interne du faisceau, faisant subir au faisceau transmis 13' la perte d'une composante 14 réfléchie à une interface 15 entre milieux optiques différents (ici : interface entre le substrat 2 et l'air).
L'écran digital d'affichage 60 selon l'invention peut être incorporé dans un appareil électronique fixe ou portable ; cet appareil forme un autre objet de l'invention. Il peut s'agir en particulier d'un téléphone portable, d'un livre électronique, d'un écran de télévision portable, d'un écran d'ordinateur portable. Il peut s'agir également d'appareils fixes de taille plus importante, par exemple d'un écran de télévision fixe ou d'affichage publicitaire. L'écran digital d'affichage 60 selon l'invention peut comporter un film ou un revêtement tactile, c'est-à-dire sensible au toucher, de manière à obtenir un écran tactile. Dans tous les modes de réalisation de l'invention, les cellules photovoltaïques 1 ,
66 peuvent utiliser toute technologie en couches minces connue et appropriée. Pour des écrans destinés aux dispositifs utilisés à l'intérieur, il est préférable d'utiliser des cellules qui ont une bonne efficacité de conversion à faible luminosité (par exemple des cellules à base de silicium amorphe ou microcristallin), car lesdites cellules capteront principalement de la lumière diffusante.
Dans tous les modes de réalisation de l'invention, le dispositif d'affichage 60 selon l'invention peut comprendre d'autres composants qui améliorent ses caractéristiques ou qui les adaptent à certaines situations d'utilisation particulières. A titre d'exemple, il peut comprendre également un ou plusieurs des éléments suivants : un filtre de couleur, un filtre de polarisation, un élément lenticulaire, un diffuseur de lumière, une couche protectrice, une couche antireflet. Le dispositif d'affichage 60 peut aussi être un écran souple. D'une manière générale, la présente description ne mentionne pas le positionnement et le dépôt des contacts électriques et connexions électriques entre les zones photovoltaïques pour récolter l'énergie électrique produite, sachant que l'homme du métier saura définir ces contacts électriques en mettant en œuvre ses connaissances techniques générales.
Liste des repères utilisés sur les figures :
1 Zones de cellules photovoltaïques (PV) 25 Sommets du réseau texturant
2 Substrat 26 Zone plate
3 Réseau lenticulaire principal 50 Zone texturante
4 Ondulations 60 Dispositif d'affichage
5 Sommet du réseau lenticulaire 61 Lentille
6 Vallée du réseau lenticulaire 62 Réseau de zones d'images
7 Surface libre du substrat 63 Source de lumière (rétroéclairage)
8 Face arrière du réseau lenticulaire 64 Zones d'images (pixels)
9 Zone d'image 65 Réseau lenticulaire primaire
10 Lumière incidente 66 Réseau de bandes PV
11 Orifice entre zones de cellules PV 67 Bande libre (orifice)
12 Observateur (utilisateur) 68 Polymère transparent (colle)
13 Faisceau transmis 69 Substrat pour réseau PV
14 Composante réfléchie 70 Surface de protection
15 Interface substrat - air 71 Surface
16 Air 72 Espace
20 Zone texturante 73 LED (diode électroluminescente)
21 Sommet de la zone texturante 80 Bande lenticulaire principale
22 Fond de la zone texturante 81 Bande lenticulaire principale
23 Flanc de la zone texturante 84 Orifice hexagonal
24 Réseau lenticulaire texturant 85 Zone de cellules photovoltaïques

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'affichage (60), à cellules photovoltaïques intégrées, comportant :
(a) un réseau (62) de zones d'image (64) émettant de la lumière ou rétroéclairées par une source de lumière (63) placée derrière ledit réseau (62) de zones d'images (64) ;
(b) un réseau formé par une pluralité de zones de cellules photovoltaïques (1 ;66;85) et une pluralité d'orifices (11 ,67), dans lequel réseau au moins deux zones de cellules photovoltaïques voisines (1',1" ; 66',66") délimitent un orifice (11 ;67;84) ;
(c) un réseau d'éléments optiques (3;65) positionné entre ledit réseau (62) de zones d'images (64) et ledit réseau formé par la pluralité de zones de cellules photovoltaïques (1 ;66;85) et la pluralité d'orifices (11 ;67;84), de manière à focaliser, par réfraction ou par réflexion, la lumière en provenance dudit réseau (62) de zones d'image (64) dans lesdits orifices (11 ;67;84) ;
(d) un ensemble de zones texturantes (20;50) formées d'une pluralité de faces obliques (23) ou verticales par rapport au plan de surface dudit dispositif (60) et disposé derrière lesdites zones de cellules photovoltaïques (1 ;66;85) par rapport au chemin optique de la lumière émise par ledit dispositif (60) ;
caractérisé en ce que l'ensemble de zones texturantes (20;50) est configuré de manière à diminuer la réflexion interne totale de la lumière émise par ledit dispositif (60) de manière à augmenter la luminosité dudit dispositif (60).
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la forme des zones texturantes (20;50) est optimisée en fonction des angles d'incidence de la lumière issue du réseau d'éléments optiques (3) sur lesdites zones texturantes (20;50).
3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites zones de cellules photovoltaïques (1 ;66) sont immergées dans ledit réseau d'éléments optiques (3), ou dans un matériau qui présente un indice optique sensiblement identique à celui du réseau d'éléments optiques (3).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites zones texturantes (20) comprennent un sommet (21), un fond (22) et un flanc (23).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le sommet (21 ) desdites zones texturantes (20) est centré sur les zones de cellules photovoltaïques (1 M ") ou sur les orifices (11 ;67).
6. Dispositif selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le fond
(22) et/ou le sommet (21) desdites zones texturantes (20) est plat.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le flanc (23) d'au moins certaines desdites zones texturantes présente aux moins deux pentes différentes.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites zones texturantes (20;50,50',50") présentent des faces à au moins un angle β supérieur à 0° et inférieur à 90° par rapport à la surface dudit dispositif, et de préférence compris entre 10 et 75°.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la somme entre l'angle β d'une face desdites zones texturantes (20;50,50',50") et l'angle d'incidence Θ de la lumière atteignant lesdites zones texturantes (20;50,50',50"), par rapport à la surface dudit dispositif, est proche de 90°.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments optiques du réseau (3) sont des lentilles concaves ou convexes, symétriques ou asymétriques, ou des concentrateurs de lumière de formes paraboliques, coniques, pyramidales, tétraédriques, demi-cylindriques ou cylindro- paraboliques.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que :
- lesdites zones de cellules photovoltaïques sont des bandes photovoltaïques parallèles,
lesdits orifices sont des bandes libres, deux bandes photovoltaïques libres voisines délimitant une bande libre,
ledit réseau optique comportant une juxtaposition d'éléments optiques rectilignes identiques, dont l'axe longitudinal est parallèle à l'axe longitudinal des bandes de cellules photovoltaïques.
12. Dispositif selon la revendication 11 , caractérisé en ce que lesdites zones texturantes (20) sont des bandes texturantes s'étendant dans un sens parallèle auxdites bandes photovoltaïques.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lesdites zones de cellules photovoltaïques sont des bandes photovoltaïques qui délimitent un réseau d'orifices hexagonaux.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison entre ledit réseau d'éléments optiques (3) et lesdites zones d'image (64) est assurée par une colle optiquement transparente à haut indice de réfraction.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un écran tactile sur sa face externe, dirigée vers l'utilisateur (12).
16. Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, successivement :
(i) on structure un substrat (2) par enlèvement de matière ou par dépôt de matière de manière à lui conférer une structure en zones qui représente la forme des éléments optiques du réseau (3) ;
(ii) on dépose sur ledit substrat (2) texturé une résine présentant un indice optique supérieur à celui dudit substrat (2) pour former ledit réseau d'éléments optiques (3) ;
(iii) on dépose sur la face arrière dudit réseau d'éléments optique (3) des zones de cellules photovoltaïques et éventuellement une résine optiquement transparente ;
(iv) on aménage ou dépose sur la face arrière de la structure ainsi obtenue lesdites zones texturantes (20) ;
sachant que le terme « face arrière » se réfère au chemin optique de la lumière incidente qui entre par la face « avant » du dispositif.
17. Appareil fixe ou portable, tel que notamment un téléphone portable, un livre électronique, un écran de télévision, un écran d'ordinateur, un dispositif d'affichage publicitaire, caractérisé en ce qu'il intègre un dispositif d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
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