ДИСПЛЕЙНОЕ УСТРОЙСТВО ПОВЫШЕННОЙ ЯРКОСТИ С ИНТЕГРИРОВАННЫМИ ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ Российский патент 2016 года по МПК G02F1/1335 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области дисплейных устройств, и в частности к области дисплейных экранов с подсветкой. Такие экраны, содержащие большое число подсвечиваемых сзади пикселей, известны уже давно и применяются в телевизорах, компьютерах и портативных устройствах небольшого размера, таких как мобильные телефоны, игровые консоли и калькуляторы.

В данном случае под зоной изображения «с подсветкой» следует понимать зону изображения, которая находится перед источником света, освещающим ее сзади. Зоной изображения может быть, например, один пиксель, множество пикселей или часть пикселя (например, жидкокристаллического пикселя), или полоса пленки, на которой напечатано изображение. В экране с подсветкой источник рассеянного света расположен сзади плоскости пикселей для улучшения контрастности.

Как правило, портативные устройства получают электрическое питание от батареек, срок службы которых является важным фактором, предопределяющим удобство их использования. Чтобы увеличить этот срок службы в эти портативные устройства встроили фотоэлементы, которые производят часть тока, необходимого для работы упомянутого устройства. Поскольку пространство для размещения фотоэлементов на наружной поверхности упомянутых портативных устройств является очень ограниченным, желательно интегрировать фотоэлементы в экран дисплея.

Можно привести ряд примеров такого интегрирования. Согласно первому подходу, наносят полупрозрачные фотогальванические элементы (см. ЕР1174756 (ЕТА), US 7206044 (Motorola), WO 2009/052326, US 2010/284055, WO 2009/065069 (Qualcomm), US 2010/245731 (Intel)). Согласно другому подходу, фотогальванические слои наносят в виде полосок, между которыми проходит свет от пикселей (см. US 2002/0119592 (BP), US 4795500 (Sanyo), WO 2009/098459 (M-Slov)). Все эти подходы приводят к получению экранов со слабой яркостью или к тому, что площадь фотогальванических элементов, которая для данного типа элемента пропорциональна преобразуемой энергии, оказывается небольшой.

В документе US 2007/0102035 (X. Yang) представлен другой подход такого интегрирования, согласно которому фотоэлементы, покрывающие зоны, расположенные на поверхности экрана, собирают окружающий рассеянный свет, при этом система линз, расположенная сзади экрана дисплея, фокусирует свет подсветки на зонах, не покрытых фотоэлементами.

Однако эти фотоэлементы не должны приводить к ухудшению характеристик изображения или яркости экрана, в который они интегрированы, поэтому общая площадь, доступная для этих фотоэлементов, является очень ограниченной; действительно, ширина фотоэлементов не должна намного превышать пространство между двумя пикселями, которое стремятся минимизировать для увеличения разрешения экрана. Если фотоэлементы являются более большими и, тем более, если они частично перекрывают поверхность пикселей, как в варианте выполнения, описанном в вышеуказанном документе US 2007/0102035, это приводит к снижению яркости и разрешения изображения, генерируемого на экране. В этом же документе представлен другой вариант выполнения, в котором свет подсветки фокусируют в пространстве между фотоэлементами при помощи линзы, расположенной между источником света подсветки и подложкой, на которой находится пиксельная сеть; недостатком этого варианта выполнения является необходимость исключительно точного позиционирования линзы как по ее боковому положению, так и по расстоянию относительно фотоэлементов. Кроме того, он не позволяет интегрировать источник света для подсветки непосредственно в подложку полевых транзисторов, которые управляют жидкими кристаллами, образующими пиксели экрана.

Таким образом, настоящее изобретение призвано предложить дисплейный экран с интегрированными фотогальваническими элементами, который сочетает в себе большую активную фотогальваническую площадь с высокой яркостью отображения. Предпочтительно это интегрирование фотогальванических элементов не требует внесения значительных изменений в концепцию дисплейного экрана и, в частности, в части «управления пикселями», чтобы можно было использовать известные конструкции экранов.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В рамках настоящего изобретения этот результат достигается за счет правильного объединения трех основных элементов: пиксельной сети, генерирующей изображение, множества фотогальванических элементов и множества линз, образующих сеть линз. Каждый из этих трех элементов характеризуется своей формой, размером и расположением относительно других элементов для получения цифрового дисплейного экрана с интегрированными фотогальваническими элементами.

Первым объектом изобретения является дисплейное устройство, в частности, цифровой дисплейный экран с интегрированными фотогальваническими элементами, содержащий

(а) сеть зон изображения, излучающих свет или подсвечиваемых источником света, расположенным сзади сети зон изображения;

(b) сеть, которая образована множеством фотогальванических элементов и множеством отверстий и в которой два соседних фотогальванических элемента образуют отверстие,

(с) сеть линз, позволяющую фокусировать свет, излучаемый упомянутыми зонами изображения, в отверстие между двумя соседними фотогальваническими элементами,

при этом упомянутое устройство отличается тем, что упомянутая сеть линз расположена между упомянутой сетью зон изображения и упомянутой сетью фотогальванических элементов.

Устройство в соответствии с изобретением содержит сеть зон изображения. Речь может идти о пикселях. Термин «пиксель» включает в себя либо отдельный пиксель единого цвета, либо множество частей пикселя (как правило, три, то есть синего, красного и зеленого цвета), которые взаимодействуют для создания светового пятна определенного цвета в зависимости от силы света, излучаемого каждой зоной. Эти зоны изображений или пиксели образуют упорядоченную сеть; технологии получения изображения при помощи пикселей известны специалисту. Экран, в соответствии с изобретением, может подсвечиваться источником света, расположенным сзади зон изображений или пикселей (например, в случае экрана типа LCD (Liquid Crystal Display) или в случае рекламного щита, содержащего зоны изображений в виде параллельных печатных полос, предпочтительно полупрозрачных), и/или пиксели могут активно излучать свет (например, электролюминесцентные пиксели). Экран может быть мягким или жестким. На своей наружной стороне он может содержать тактильный слой или пленку, чтобы пользователь мог вводить данные тактильно.

В других вариантах выполнения зоны изображений, то есть пиксели и/или части пикселей, упорядочены таким образом, чтобы разные группы зон изображений, пиксели или части пикселей генерировали разные изображения.

Кроме того, устройство в соответствии с изобретением содержит множество фотогальванических элементов, которые образуют или содержат множество отверстий, через которые может проходить свет от зон изображения или пикселей. Упомянутые отверстия могут иметь любую форму, например, прямоугольную или круглую. Упомянутые элементы можно нанести на соответствующую подложку, например, пластину или пленку; в дальнейшем фотогальванические элементы, нанесенные на подложку, будут называться «фотогальванической пластиной», что абсолютно не значит, что она должна быть механически жесткой. Наоборот, упомянутая подложка может быть мягкой, гибкой. Упомянутые фотогальванические элементы могут иметь любую форму, но предпочтительно эта форма является прямоугольной. Они могут быть выполнены в виде параллельных полос, чередующихся с пустыми полосами (отверстиями), то есть не содержащими фотогальванических элементов. Предпочтительно эти полосы являются равноудаленными и образуют упорядоченную сеть. Благодаря отверстиям, фотогальваническая пластина частично является прозрачной; так называемое наружное оптическое пропускание (T_ext) фотогальванической пластины в основном определяется долей площади, которую занимают фотогальванические элементы, и их собственным оптическим пропусканием.

Предпочтительно упомянутые фотогальванические элементы являются фотогальваническими элементами в виде тонкого слоя на основе аморфного или микрокристаллического кремния, так как этот тип элементов наиболее подходит для преобразования света слабой силы (рассеянный свет, свет внутри помещений); однако фотогальванические элементы можно выполнять при помощи любой другой соответствующей технологии, например, на основе CdTe или CIGS (медь - индий - галлий - селений) или на основе полимеров. Речь может идти о переходах типа p-i-n или p-n или о тандемных элементах, то есть включающих в себя два расположенных друг над другом элемента, которые предпочтительно поглощают разные части светового спектра. Они могут быть выполнены с возможностью преобразования видимого света и/или ультрафиолетового света и/или инфракрасного света в электричество. Они могут быть, по меньшей мере, частично прозрачными для видимого света. Они могут быть защищены защитным слоем, который предпочтительно включает в себя противоотражательный слой.

Устройство в соответствии с изобретением содержит также множество линз. В данном случае под «линзой» следует понимать любое устройство из изотропного или не изотропного прозрачного материала, обладающего свойством отклонять и/или концентрировать или заставлять расходиться световые лучи. В данном случае термин «линза» обозначает призмы. Как правило, это множество линз представляет собой пленку или пластину, которая содержит множество линз. Речь может идти о круглых линзах в виде окружности, однако предпочтительной является сеть линз в виде ряда идентичных прямолинейных линз, продольная ось которых параллельна полосам фотогальванических элементов. В дальнейшем это множество линз будет называться «пластиной линз» или «сетью линз» независимо от варианта выполнения.

Предпочтительно плоскость фотогальванической пластины, плоскость сети линз и плоскость пикселей являются по существу параллельными, однако эти плоскости могут быть выгнутыми (оставаясь при этом параллельными), в частности, в случае, когда экран является мягким экраном. Пластины линз могут быть выполнены из соответствующего прозрачного пластического материала, такого как ПЭТ.

Согласно изобретению, форму линз, их оптические характеристики и их расположение относительно фотогальванической пластины определяют таким образом, чтобы световой пучок, исходящий из зоны изображения (например, пикселя или части пикселя) и проходящий через линзу, на выходе линзы за счет эффекта отклонения и/или оптической концентрации получал направление, позволяющее ему пройти, по меньшей мере, частично, но предпочтительно полностью через отверстие между двумя смежными фотогальваническими элементами. Если весь свет от пикселей полностью проходит через отверстия, то так называемое внутреннее оптическое пропускание (T_in) фотогальванической пластины является максимальным. Однако задача изобретения решается, даже если фотогальванической пластиной поглощается только часть света, поступающего от пикселей. Как правило, каждой линзе соответствует отверстие соответствующей формы и размера. В целом, линзы, образующие пластину линз (и предпочтительно расположенные таким образом, чтобы образовать сеть линз), могут иметь любую форму или любые соответствующие характеристики; в частности, речь может идти о плоско-выпуклых или двояковыпуклых линзах, или о сферических и/или несферических линзах, или о симметричных и/или несимметричных линзах, или о линзах с изменяемым индексом.

В частности, сеть зон изображений предпочтительно располагают относительно пластины линз и относительно фотогальванической пластины таким образом, чтобы свет, поступающий от каждой зоны изображения или части зоны изображения на соответствующую линзу пластины линз, отклонялся и/или концентрировался этой линзой таким образом, чтобы полностью или, по меньшей мере, большей частью проходить через одно из отверстий фотогальванической пластины.

В предпочтительном варианте выполнения упомянутая сеть линз содержит ряд идентичных прямолинейных линз, продольная ось которых параллельна полосам фотогальванических элементов.

Чтобы избежать паразитных отражений при прохождении от пластины линз к фотогальванической пластине и наоборот, обе пластины можно скрепить клеем, или они могут представлять собой одну пластину, содержащую одновременно фотогальванические элементы и линзы.

В целом, чтобы, по меньшей мере, частично устранить отражение окружающего света на поверхности фотогальванической пластины, она может содержать, по меньшей мере, один антибликовый слой. В данном случае этот термин обозначает специальное покрытие или поверхностную обработку упомянутой фотогальванической пластины, или оптическое микроструктурирование поверхности, или многослойное покрытие, содержащее слои с разными коэффициентами преломления.

Предпочтительно устройство в соответствии с изобретением характеризуется высоким внутренним пропусканием (T_in) и низким внешним пропусканием (T_ext) фотогальванической пластины, что получают благодаря правильно выбранной и позиционированной пластине линз, как было указано выше. Таким образом, одновременно получают изображение с хорошими разрешением и яркостью и большое фотогальваническое преобразование внешнего света. С другой стороны, в отсутствие пластины линз два пропускания T_in и T_ext имеют одинаковый порядок величины, и качество изображения получают в ущерб фотогальваническому преобразованию.

Другим объектом изобретения является сборка из фотогальванической пластины и соответствующей сети линз, которую можно наложить на цифровой дисплейный экран для получения описанного выше цифрового дисплейного экрана с интегрированными фотогальваническими элементами. В частности, сборка может быть выполнена из прозрачной подложки или пленки, предпочтительно мягкой или полужесткой, как правило, из полимерного материала, на которую наносят упомянутую сеть линз и на которую наносят сеть фотогальванических элементов. В случае необходимости, последние можно покрыть защитным слоем, как было указано выше, например, поверхностным покрытием (тонким слоем) или мягкой пленкой. Упомянутый защитный слой может быть сплошным или прерывистым. Эта сборка, которая будет называться «фотогальванической пленкой (или пластиной) с интегрированными линзами» может быть наложена и закреплена, например, при помощи клея на наружной поверхности цифрового дисплейного экрана. Предпочтительно эта наружная поверхность является гладкой: она может быть плоской или выгнутой, жесткой или мягкой. Эта фотогальваническая пленка или пластина с интегрированными фотогальваническими элементами содержит также электроды, как правило, в виде тонкой пленки, необходимые для соединения фотогальванических элементов между собой и для сбора тока.

Еще одним объектом изобретения является способ изготовления цифрового дисплейного экрана с использованием фотогальванической пластины с интегрированными линзами в соответствии с изобретением, который включает в себя следующие этапы: обеспечивают цифровой дисплейный экран, содержащий гладкую наружную поверхность, обеспечивают фотогальваническую пластину с интегрированными линзами и упомянутую фотогальваническую пластину с интегрированными линзами укладывают и крепят, предпочтительно, при помощи клея на упомянутый цифровой дисплейный экран для получения цифрового дисплейного экрана с интегрированными фотогальваническими элементами. После укладки фотогальванической пластины на наружную поверхность экрана производят электрическое соединение между электродами фотогальванической пластины с интегрированными линзами и элементом электрического питания экрана, чтобы электрическая энергия, генерируемая фотогальваническими элементами, могла участвовать в электрическом питании портативного электронного аппарата, содержащего упомянутый экран; это питание может происходить напрямую или опосредованно (за счет зарядки средства накопления электрической энергии, такого как аккумуляторная батарея или конденсатор).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1-9 схематично представлены варианты выполнения изобретения, но они не ограничивают изобретение. Подразумевается, что все представленные варианты и версии выполнения можно комбинировать между собой. На этих фигурах показаны только некоторые компоненты, необходимые для работы дисплейного экрана и хорошо известные специалисту, в частности, слой полевых транзисторов, который является существенным для генерирования изображения на жидкокристаллическом экране.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

На фиг. 1 схематично представлен первый вариант выполнения изобретения. Фигура представляет собой поперечный разрез по дисплейному экрану в соответствии с изобретением. Дисплейный экран 1 в соответствии с изобретением содержит сеть 3 зон 4 изображений (которые могут быть пикселями) с подсветкой от источника 2 света, как правило, плоского, расположенного сзади сети 3 зон изображений. Плоский источник 2 света может быть рассеивающей пластиной. В версии этих вариантов выполнения сеть 3 пикселей 4 не подсвечивается источником 2 света, и каждый пиксель 4 сам по себе является источником света, например, за счет эффекта электролюминесценции. Как было указано выше, каждый пиксель 4 может быть образован множеством участков разного цвета, как правило, тремя участками (красным, синим, зеленым). Это показано на фиг. 1 и применимо для всех вариантов выполнения настоящего изобретения.

Экран 1 в соответствии с изобретением содержит также сеть 6 полос фотогальванических элементов 7, 8; на фигуре не показана подложка, на которой они нанесены. Экран 1 содержит также сеть 5 линз, которая содержит ряд идентичных прямолинейных линз, продольная ось которых параллельна полосам фотогальванических элементов 7, 8. Упомянутая сеть линз расположена между упомянутой сетью 3 зон 4 изображений и упомянутой сетью 6 фотогальванических элементов 7, 8. Сеть 5 линз может представлять собой ряд идентичных прямолинейных или других линз 12, которые могут быть плоско-выпуклыми или двояковыпуклыми или другими; они могут быть симметричными или несимметричными, сферическими или несферическими. Предпочтительно упомянутая сеть 5 линз производит эффект индивидуальной линзы для каждого пикселя 4, фокусируя свет, поступающий от пикселя 4, в отверстие 13.

Как показано пунктирной линией, соответствующая линза сети линз концентрирует световой пучок от пикселя 4 таким образом, чтобы как можно точнее направить его через соответствующее отверстие 13 фотогальванической сети 6. Как будет показано ниже, в случае, когда часть светового пучка, излучаемого пикселем 4, подвергается паразитным отражениям, мешающим ему проходить через отверстие, качество изображения, воспринимаемого наблюдателем 9, может в определенной степени снизиться, но при этом можно рекуперировать не пропускаемую рассеиваемую световую энергию для генерирования дополнительной фотогальванической энергии при помощи фотогальванических элементов, расположенных на внутренней стороне фотогальванической пластины, обращенной к пикселям 4.

Как правило, пиксели или зоны 4 изображений не обязательно должны находиться в одной плоскости и могут быть расположены в нескольких по существу параллельных плоскостях. Пиксели 4 могут делиться на ячейки для цветного отображения, в соответствии с известными специалистам технологиями, например, каждый пиксель может быть разделен на три ячейки красного, зеленого и синего цвета.

Во всех вариантах выполнения изобретения фотогальванические элементы 7 могут быть выполнены по любой известной соответствующей тонкослойной технологии. В случае экранов, предназначенных для использования внутри помещений, предпочтительно использовать элементы с хорошей эффективностью преобразования при слабой освещенности (например, элементы на основе аморфного или микрокристаллического кремния), так как эти элементы будут в основном улавливать рассеянный свет.

Во всех вариантах выполнения изобретения экран 1, в соответствии с изобретением, может содержать другие компоненты, которые улучшают его характеристики или которые адаптируют их к определенным конкретным ситуациям использования. Например, он может также содержать один или несколько следующих элементов: цветной фильтр, поляризационный фильтр, элемент линзы, рассеиватель света, защитный слой. Экран 1 может быть также мягким экраном.

На фиг. 2 схематично показана версия этого первого варианта выполнения, которую можно комбинировать со всеми другими вариантами выполнения изобретения, в которой сеть 6 фотогальванических полос защищена защитным слоем 17, который может быть жестким или мягким, сплошным или прерывистым; например, речь может идти о полимерной пленке. Этот слой может включать в себя антибликовый слой 11, предпочтительно на наружной стороне (то есть на стороне, обращенной к наблюдателю 9). Упомянутый антибликовый слой 17 может представлять собой подложку, на которую наносят упомянутую сеть 6 полос фотогальванических элементов 7, 8.

На фиг. 3 схематично и упрощенно показана другая версия аналогичного варианта выполнения. Сеть 3 пикселей может быть выполнена с подсветкой (белые стрелки), при этом на фигуре источник света не показан. Оптические пути пучков, исходящих из каждой из трех зон пикселей 4, осветлены.

На фиг. 4 схематично и упрощенно показан другой частный вариант выполнения, в котором световой пучок 21, исходящий из зоны 4 изображения, является расходящимся; это можно получить, например, с пикселем 4 типа LCD с подсветкой при помощи расходящегося светового пучка 22 (как показано на фиг. 4) или при помощи электролюминесцентного пикселя типа LED или OLED (на фигуре этот вариант не показан). В этом случае предпочтительно соответствующая линза 12 является собирающей с первой выпуклой стороной 34 и, в случае необходимости, с второй выпуклой стороной 35, чтобы уменьшить фокусную длину линзы 12 и получить, таким образом, сходящийся световой пучок 23, фокусируемый на отверстии 12 после своего прохождения через линзу 12, и/или увеличить выходной угол выходящего светового пучка.

В другом варианте выполнения, схематично и упрощенно показанном на фиг. 5, световой пучок 21, исходящий от пикселя 4, является сходящимся; это можно получить, например, с пикселем 4 типа LCD с подсветкой при помощи сходящегося светового пучка 22. При этом соответствующая линза 12 может быть рассеивающей с первой вогнутой стороной 24 и, в случае необходимости, со второй вогнутой стороной 25, чтобы увеличить фокальную длину линзы и получить, таким образом, сходящийся и сфокусированный на отверстии 13 пучок света 22, фокальная плоскость которого будет смещена по мере удаления от пикселя. Эта необходимость может возникнуть, например, для увеличения общей толщины пластины линз и/или для уменьшения выходного угла светового пучка.

В другом варианте выполнения, схематично и упрощенно показанном на фиг. 6, световой пучок 21, исходящий из зоны изображения, является параллельным; это можно получить, например, с пикселем 4 типа LCD с подсветкой при помощи параллельного светового пучка 22. В этом случае соответствующая линза 12 может быть собирающей с выпуклой стороной, чтобы обеспечить схождение светового пучка в фокальной плоскости, близкой к соответствующему отверстию 13 фотогальванической пластины 6.

В еще одном варианте выполнения, схематично и упрощенно показанном на фиг. 7, отверстия 50, 51, 52 фотогальванической пластины 6 и линзы 60, 61, 62 пластины 5 линз совмещены со светом, излучаемым только частью 40, 41, 42 пикселя 4. Эта часть 40, 41, 42 пикселя 4 может соответствовать, например, отдельной зоне, соответствующей одному из красного, зеленого или синего цветов пикселя LCD; ее свет отклоняется соответствующей линзой 60, 61, 62 для фокусирования в соответствующем отверстии 50, 51, 52.

В еще одном варианте выполнения, схематично и упрощенно показанном на фиг. 8, каждой линзе 12 соответствует группа пикселей 43, 44, 45, все исходящие пучки которых отклоняются линзой 12, связанной с этой группой пикселей 43, 44, 45, которая фокусирует их в отверстии 13.

Во всех вариантах выполнения не обязательно, чтобы фокусирование света от пикселей 4, 43, 44, 45 или частей 40, 41, 42 пикселей происходило в отверстии 13, 50, 51, 52, но фокусирование в отверстии обеспечивает лучшую яркость и более высокое качество отображения.

Фотогальваническая пластина 6 содержит электроды, как правило, в виде тонкого слоя, необходимые для соединения фотогальванических элементов между собой и для сбора тока (на фигурах не показаны).

В частном варианте выполнения, не показанном на фигурах, устройство 1, в соответствии с изобретением, содержит два разных набора фотогальванических элементов, один из которых предназначен для фотогальванического преобразования окружающего света 20 (называемого в данном случае «внешним светом»), а другой предназначен для фотогальванического преобразования рассеянного света, исходящего от пикселей и/или от их подсветки (в данном случае называемого «внутренним светом»). Например, первый набор фотогальванических элементов можно расположить на наружной стороне фотогальванической пластины (предпочтительно защищенной в этом случае защитным слоем или пленкой), и он предназначен для преобразования внешнего света, и второй набор фотогальванических элементов можно расположить на внутренней стороне фотогальванической пластины для преобразования внутреннего света.

Цифровой дисплейный экран 1, в соответствии с изобретением, можно использовать в стационарном или портативном электронном приборе; этот прибор является еще одним объектом изобретения. В частности, речь может идти о мобильном телефоне, об электронной книжке, об экране портативного телевизора. Речь может также идти о стационарных приборах более значительного размера, например, об экране стационарного телевизора или рекламного щита. Цифровой дисплейный экран 1, в соответствии с изобретением, может содержать тактильную пленку или покрытие, то есть может быть чувствительным к прикосновению, чтобы получить тактильный экран.

На фиг. 9 схематично представлен способ изготовления дисплейного экрана 1 с интегрированными фотогальваническими элементами, в соответствии с изобретением. Фотогальваническая пластина, содержащая сеть 6 фотогальванических элементов (как правило, фотогальванических полос), которые, в случае необходимости, могут быть покрыты защитным слоем 17 (который, в свою очередь, может быть покрыт противоотражательным слоем 11), связанную с сетью 5 линз (в случае необходимости, напрямую укладываемую на эту сеть линз или отделенную от нее не показанными на фигуре пластиной или пленкой), образует комплексную фотогальваническую пластину 65 с интегрированными линзами, которую можно расположить на цифровом дисплейном 66 экране для получения описанного выше цифрового дисплейного экрана 1. В частности, упомянутая фотогальваническая пластина 65 с интегрированными линзами может включать в себя прозрачную пленку 64, предпочтительно мягкую или полужесткую, как правило, из полимерного материала, на которую укладывают упомянутую сеть 5 линз, на которую укладывают упомянутую сеть 6 фотогальванических элементов 7, 8, по меньшей мере, на одной из ее сторон, причем эти элементы, в случае необходимости, можно покрыть, как было указано выше, защитным слоем 17, например, поверхностным покрытием (тонким слоем) или мягкой пленкой.

Эту фотогальваническую пластину 65 с интегрированными линзами можно расположить и закрепить, например, при помощи клея на наружной поверхности 63 цифрового дисплейного экрана 66, как показано стрелками на фиг. 9. Предпочтительно эта наружная поверхность 63 является гладкой; она может быть плоской или выгнутой, жесткой или мягкой. Эта фотогальваническая пленка 65 с интегрированными линзами содержит также электроды, как правило, в виде тонкого слоя, необходимые для соединения фотогальванических элементов между собой или для сбора тока (на фигурах не показаны).

На фиг. 10 показан еще один вариант выполнения изобретения. Дисплейное устройство 1 содержит сеть 90 зон 91 изображений, которые обычно наносят или печатают на подложке 92 и подсвечивают сзади. Предпочтительно упомянутая подложка 92 является прозрачной или, по меньшей мере, полупрозрачной; она может быть плоским источником света. Зоны 91 изображений могут образовать параллельные полосы, продольное направление которых параллельно направлению линз 12, образующих сеть 5 линз. Как и в других вариантах выполнения, сеть 5 линз фокусирует свет, исходящий из зон изображения. Этот вариант выполнения представляет интерес для дисплейных устройств большого размера для проецирования неподвижных изображений, например, для рекламных афиш, вывесок, декоративных панелей, располагаемых снаружи или внутри зданий.

На фиг. 11 схематично представлен пример фотогальванической пластины с интегрированными линзами, в соответствии с изобретением, которую выполняют следующим образом: на мягкую подложку 17 из стекла толщиной Н2 примерно 500 мкм, покрытую проводящим и прозрачным слоем из ZnO₂, наносят фотогальванический элемент типа p-i-n на основе аморфного гидрированного кремния, на который наносят слой ITO. Этот фотогальванический элемент генерирует напряжение при разомкнутой цепи примерно 8 В. Посредством влажного кислотного травления слоя ITO, затем реактивного ионного травления (RIE - Reactive Ion Etchning) в плазме, образующейся в атмосфере SF₆ для кремния, в этом фотогальваническом элементе вырезают параллельные полосы для получения сети 6 фотогальванических полос.

Используют пластину 5 линз из ПЭТ толщиной Н3 приблизительно 125 мкм с цилиндрическими линзами с шагом L1 91 мкм, высотой Н4 примерно 26 мкм и с углом раскрыва 120°, выпускаемую компанией «Микрошарп».

Соединяют фотогальваническую пластину и пластину линз для получения фотогальванической пластины с интегрированными линзами. Эту пластину размером примерно 4,2 см×3,7 см наклеивают на экран мобильного телефона типа SGH-F490, выпускаемого компанией «Самсунг», оборудованный стеклянной пластиной толщиной Н1 примерно 700 мкм, сзади которой находится сеть 3 пикселей, каждый из которых имеет ширину L1 примерно 160 мкм. Осуществляют электрическое соединение между фотогальванической пластиной и цепью электрического питания телефона, чтобы обеспечивать подзарядку аккумулятора от фотогальванической пластины.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ:

1 Дисплейное устройство

2 Источник света

3 Сеть зон изображения

4 Зона изображения

5 Сеть линз

6 Сеть фотогальванических элементов

7, 8 Фотогальванические элементы

9 Наблюдатель

11 Противоотражательный слой

12 Линза

13 Отверстие

17 Защитный слой

20 Внешний свет

21, 22, 23 Световой пучок

24, 25 1-я и 2-я выпуклая сторона

34, 35 1-я и 2-я вогнутая сторона

40, 41, 42 Часть зоны изображения

43, 44, 45 Группа зон изображения

50, 51, 52 Отверстия

60, 61, 62 Линзы

63 Наружная поверхность

64 Прозрачная пленка

65 Фотогальваническая пластина с интегрированными линзами

66 Цифровой дисплейный экран

Изобретение относится к дисплейным устройствам с подсветкой. Дисплейное устройство с интегрированными фотогальваническими элементами содержит сеть (3) зон (4) изображения, излучающих свет или подсвечиваемых сзади источником (2) света, расположенным сзади сети (3) зон (4) изображения; сеть (6), образованную множеством фотогальванических элементов (7, 8) и множеством отверстий (13), образованных между двумя соседними фотогальваническими элементами; сеть (5) линз, позволяющую фокусировать свет, излучаемый упомянутыми зонами (4) изображения, в отверстие (13) между двумя соседними фотогальваническими элементами (7, 8). Сеть (5) линз расположена между сетью (3) зон (4) изображений и сетью (6) фотогальванических элементов (7, 8). Технический результат - улучшение характеристик изображения, яркости экрана. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Дисплейное устройство (1) с интегрированными фотогальваническими элементами, содержащее:
(а) сеть (3) зон (4) изображения, излучающих свет или подсвечиваемых сзади источником (2) света, расположенным сзади сети (3) зон (4) изображения;
(b) сеть (6), образованную множеством фотогальванических элементов (7, 8) и множеством отверстий (13), образованных между двумя соседними фотогальваническими элементами упомянутой сети (6),
(с) сеть (5) линз, позволяющую фокусировать свет, излучаемый упомянутыми зонами (4) изображения, в отверстие (13) между двумя соседними фотогальваническими элементами (7, 8),
при этом упомянутое устройство (1) отличается тем, что упомянутая сеть (5) линз расположена между упомянутой сетью (3) зон (4) изображений и упомянутой сетью (6) фотогальванических элементов (7, 8).

2. Дисплейное устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что оно является цифровым дисплейным экраном.

3. Дисплейное устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно является тактильным экраном.

4. Дисплейное устройство (1) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что упомянутые зоны (4) изображений являются пикселями.

5. Дисплейное устройство (1) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что упомянутая сеть (5) линз содержит расположенные рядом идентичные прямолинейные линзы, продольная ось которых параллельна полосам фотогальванических элементов (7, 8).

6. Дисплейное устройство (1) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что линзы упомянутой сети (5) линз выбирают из группы, образованной плоско-выпуклыми, двояковыпуклыми, симметричными, несимметричными, сферическими и/или несферическими линзами или линзами с изменяемым индексом.

7. Дисплейное устройство (1) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что упомянутая сеть (6) полос фотогальванических элементов (7, 8) защищена защитным слоем (17), предпочтительно включающим в себя противоотражательный слой (11).

8. Дисплейное устройство (1) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что упомянутые фотогальванические элементы (7, 8) являются элементами в виде тонкого слоя на основе аморфного или микрокристаллического кремния, на основе CdTe или на основе CIGS.

9. Дисплейное устройство (1) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что упомянутые фотогальванические элементы (7, 8) являются, по меньшей мере, частично прозрачными для видимого света.

10. Дисплейное устройство (1) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что упомянутые зоны (4) изображений, пиксели и/или части пикселей упорядочены таким образом, чтобы разные группы зон изображений, пиксели или части пикселей генерировали разные изображения.

11. Дисплейное устройство (1) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что на своей наружной стороне содержит тактильный слой или пленку.

12. Дисплейное устройство (1) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что содержит два разных набора фотогальванических элементов, один из которых предназначен для фотогальванического преобразования окружающего или внешнего света (20), а другой предназначен для фотогальванического преобразования рассеянного или внутреннего света, исходящего от пикселей и/или от их подсветки.

13. Дисплейное устройство (1) по п. 12, отличающееся тем, что содержит первый набор фотогальванических элементов, расположенных на наружной стороне фотогальванической пластины и предназначенных для преобразования внешнего света, и второй набор фотогальванических элементов, расположенных на внутренней стороне фотогальванической пластины и предназначенных для преобразования внутреннего света.

14. Портативный или стационарный электронный аппарат, содержащий дисплейное устройство (1) по любому из пп. 1-13.

15. Фотогальваническая пластина (60) с встроенными линзами для изготовления дисплейного устройства (1) по любому из пп. 1-13, содержащая прозрачную подложку или пленку (62), предпочтительно мягкую или полужесткую, при этом упомянутая пленка содержит сеть (5) линз и упомянутая пленка содержит сеть (6) фотогальванических элементов (7, 8), при этом упомянутые фотогальванические элементы (7, 8) предпочтительно защищены по меньшей мере одним защитным слоем (17), который может быть сплошным или прерывистым.

16. Способ изготовления дисплейного устройства (1) с интегрированными фотогальваническими элементами по любому из пп. 1-13, в котором обеспечивают цифровой дисплейный экран (66), содержащий гладкую наружную поверхность (63), и в котором обеспечивают фотогальваническую пластину (65) с интегрированными линзами по п. 15, и в котором крепят упомянутую фотогальваническую пленку (65) с интегрированными линзами, предпочтительно, при помощи клея на упомянутый цифровой дисплейный экран (66) для получения цифрового дисплейного устройства (1) с интегрированными фотогальваническими элементами.