FR2971879A1 - Dispositif d'affichage avec cellules photovoltaiques integrees, a luminosite amelioree - Google Patents

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

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Abstract

Dispositif d'affichage (1), notamment écran digital d'affichage, à cellules photovoltaïques intégrées, comportant (a) un réseau (3) de zones d'image (4) émettant de la lumière ou rétro-éclairés par une source de lumière (2) placée derrière le réseau (3) de zones d'images (4) ; (b) un réseau (6) formé par une pluralité de cellules photovoltaïques (7,8) et une pluralité d'orifices, dans lequel réseau deux cellules photovoltaïques voisines forment un orifice, (c) un réseau lenticulaire (5) permettant de focaliser la lumière émise par lesdites zones d'image (4) dans l'orifice entre deux cellules photovoltaïques (7,8) voisines, ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce que ledit réseau lenticulaire (5) est positionné entre ledit réseau (3) de zones d'images (4) et ledit réseau (6) de cellules photovoltaïques (7,8).

Description

Dispositif d'affichage avec cellules photovoltaïques intégrées, à luminosité améliorée
L'invention concerne le domaine des dispositifs d'affichage, et plus particulièrement le domaine des écrans d'affichage rétro-éclairés. De tels écrans comportant un grand nombre de pixels rétro-éclairés sont connus depuis longtemps, et utilisés dans des postes de télévision, des ordinateurs et des dispositifs portables de petite taille, tels que des téléphones mobiles, des consoles de jeux et des calculatrices. On entend ici par une zone d'image « rétro-éclairée » une zone d'image qui est située devant une source lumineuse qui l'éclaire 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 un bande de film sur laquelle a été imprimé une image. Dans un écran rétro-éclairé, 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. Dans le but d'augmenter cette durée d'autonomie, on a intégré des photopiles dans ces dispositifs portables, qui 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. L'état de la technique montre un certain nombre d'exemples pour une telle intégration. Une première approche consiste à déposer des cellules photovoltaïques semitransparentes (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 lesquels 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 la superficie des cellules photovoltaïques, qui est, pour un type de cellule donnée, proportionnelle à l'énergie convertie, est faible.
Le document US 2007/0102035 (X. Yang) montre une autre approche pour une telle intégration, dans laquelle des photopiles couvrant des zones disposées sur la surface de l'écran collectent la lumière diffuse ambiante, alors qu'un système à lentilles disposé derrière l'écran d'affichage focalise la lumière rétro-éclairante sur des zones non recouvertes de photopiles.
Cependant, 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 rétro-éclairage est focalisée dans l'espace entre les photopiles par une lentille située entre la source lumière de rétro-éclairage 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. 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.
La présente invention cherche donc à présenter un écran d'affichage avec cellules photovoltaïques intégrées, qui allie une forte proportion de surface photovoltaïquement active à une forte luminosité de l'affichage, De préférence, cette intégration de cellules photovoltaïque ne nécessite pas de modifications substantielles à la conception de l'écran d'affichage, et notamment de la partie « pilotage des pixels », de manière à pouvoir utiliser des conceptions d'écrans connues.
Dans le cadre de la présente invention, ce problème est résolu par l'association judicieuse de trois éléments essentiels : un réseau de pixels qui génère une image, une pluralité de cellules photovoltaïques, et une pluralité de lentilles formant un réseau lenticulaire. Chacun de ces trois éléments est caractérisé par sa forme, sa dimension et son positionnement par rapport à l'autre, pour former un écran d'affichage digital à cellules photovoltaïques intégrées.
Le premier objet de l'invention est un dispositif d'affichage, en particulier un écran digital d'affichage, à cellules photovoltaïques intégrées, comportant (a) un réseau de zones d'image émettant de la lumière ou rétro-éclairés par une source de lumière placée derrière le réseau de zones d'images ; (b) un réseau formé par une pluralité de cellules photovoltaïques et une pluralité d'orifices, dans lequel réseau deux cellules photovoltaïques voisines forment un orifice, (c) un réseau lenticulaire permettant de focaliser la lumière émise par lesdites zones d'image dans l'orifice entre deux cellules photovoltaïques voisines, ledit dispositif étant caractérisé en ce que ledit réseau lenticulaire est positionné entre ledit réseau de zones d'images et ledit réseau de cellules photovoltaïques.
Le dispositif 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 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 rétro-éclairé 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. II 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 25 sont ordonnés de manière à ce que différents groupes de zones d'images, pixels et/u parties de pixels génèrent des images différentes.
Le dispositif selon l'invention comprend par ailleurs une pluralité de cellules photovoltaïques qui forment ou contiennent une pluralité d'orifices par lesquelles la 30 lumière en provenance des zones d'image ou des pixels peut passer. Lesdits orifices peuvent avoir une forme quelconque, par exemple rectangulaire ou circulaire. Lesdites cellules peuvent être déposées sur un substrat approprié, par exemple une plaque ou un film ; nous appelons par la suite les cellules photovoltaïques déposées sur leur substrat une « plaque photovoltaïque », ce qui n'implique nullement qu'elle soit mécaniquement 35 rigide. Au contraire, ledit substrat peut être souple, flexible. Lesdites cellules photovoltaïques peuvent avoir une forme quelconque, mais de préférence rectangulaire.
Elles peuvent se présenter sous la forme de bandes parallèles qui alternent avec des bandes vides (orifices), i.e. ne comportant pas de cellules photovoltaïques. Ces bandes sont de préférence équidistantes, formant un réseau ordonné. Grâce aux orifices, la plaque photovoltaïque est partiellement transparente ; la transmission optique dite externe (Te,d) de la plaque photovoltaïque est déterminée en grande partie par la fraction surfacique qu'occupent les cellules photovoltaïques, et par leur transmission optique intrinsèque.
Lesdites cellules photovoltaïques sont avantageusement des cellules photovoltaïques en couche mince 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 antireflets.
Le dispositif selon l'invention comprend également une pluralité de lentilles. On entend ici par « lentille » tout dispositif en matériau transparent, isotrope ou non, ayant la propriété de dévier et/ou concentrer ou diverger les rayons lumineux. Dans cette définition large, le terme « lentille » comprend ici les prismes, concentrateurs paraboliques, lentilles de Fresnel. Typiquement cette pluralité de lentilles se présente sous la forme d'un film ou d'une plaque lenticulaire, qui comporte une pluralité de lentilles. II peut s'agir de lentilles de circonférence circulaires, mais on préfère un réseau lenticulaire comportant une juxtaposition de lentilles rectilignes identiques, dont l'axe longitudinal est parallèle aux bandes de cellules photovoltaïques. Nous appelons ici cette pluralité de lentilles « plaques lenticulaires » ou « réseau lenticulaire », quel que soit son mode de réalisation.
Avantageusement, le plan de la plaque photovoltaïque, le plan du réseau lenticulaire et le plan des pixels sont sensiblement parallèles, mais ces plans peuvent être galbés (tout en restant parallèles), notamment dans le cas où l'écran est un écran souple. Les plaques lenticulaires peuvent être réalisées 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 à la plaque 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 de la plaque 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.
Dans un mode de réalisation avantageux, ledit réseau lenticulaire comporte une juxtaposition de lentilles rectilignes identiques, dont l'axe longitudinal est parallèle aux bandes de cellules photovoltaïques.
Pour éviter les réflexions parasites au passage de la plaque lenticulaire vers la plaque photovoltaïque et réciproquement, les deux plaques peuvent être collées ou peuvent ne constituer qu'une seule plaque comportant à la fois les cellules photovoltaïques et les lentilles.
D'une manière générale, pour éliminer au moins en partie la réflexion de la lumière ambiante à la surface de la plaque photovoltaïque, celle-ci pourra comporter au moins une couche antireflet. Ce terme englobe ici un revêtement spécifique ou un traitement de surface de ladite plaque photovoltaïque, ou encore une micro-structuration optique de la surface, ou encore un revêtement multicouches comportant des couches d'indices de réfraction différents.
Le dispositif selon l'invention présente de manière préférée une transmission interne de la plaque photovoltaïque (Tin) élevée, et une transmission externe (Te,d) faible, ce qui est obtenu grâce à la plaque lenticulaire judicieusement choisie et positionnée, comme indiqué ci-dessus. Ainsi, on obtient en même temps une image bien résolue et lumineuse et une importante conversion photovoltaïque de la lumière externe. En revanche, en l'absence de la plaque lenticulaire, les deux transmissions Tin et Tex' sont du même ordre de grandeur, et la qualité de l'image va au détriment de la conversion photovoltaïque.
Un autre objet de l'invention est un ensemble constitué par une plaque photovoltaïque et un réseau lenticulaire associé qui peut être apposé sur un écran digital d'affichage pour former un écran digital d'affichage à cellules photovoltaïques intégrées, comme précédemment décrit. Plus particulièrement, l'ensemble peut être constitué d'un substrat ou film transparent, de préférence souple ou semi-rigide, typiquement en matériau polymère, sur lequel a été déposé ledit réseau lenticulaire, et sur lequel a été déposé un réseau de cellules photovoltaïques. Ces dernières sont éventuellement protégées, comme indiqué ci-dessus, par une couche de protection, par exemple un dépôt de surface (couche mince) ou un film souple. Ladite couche de protection peut être continue ou discontinue. Cet ensemble, que nous appelons ici « film (ou plaque) photovoltaïque à lentilles intégrées », peut être apposé et fixé, par exemple par collage, sur la surface externe d'un écran digital d'affichage. Cette surface externe est de préférence lisse ; elle peut être plate ou galbée, rigide ou souple. Ce film ou plaque photovoltaïque à cellules photovoltaïques intégrées comprend également les électrodes, typiquement en couche mince, nécessaires pour connecter les cellules photovoltaïques entre elles et pour collecter le courant.
Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un écran digital d'affichage en utilisant la plaque photovoltaïque à lentilles intégrées selon l'invention, qui comprend les étapes suivantes : on approvisionne un écran digital d'affichage comportant une surface externe lisse, on approvisionne une plaque photovoltaïque à lentilles intégrées selon l'invention, et on appose et fixe, de préférence par collage, ladite plaque photovoltaïque à lentilles intégrées sur ledit écran digital d'affichage pour former un écran digital d'affichage à cellules photovoltaïques intégrées. Après l'apposition de la plaque photovoltaïque sur la surface externe de l'écran, on établit une connexion électrique entre les électrodes de la plaque photovoltaïque à lentilles intégrées et un élément d'alimentation électrique de l'écran, afin que l'énergie électrique générée par les cellules photovoltaïques puisse contribuer à alimenter en électricité l'appareil électronique portable ou fixe dans lequel ledit écran est intégré ; cette alimentation peut se faire directement ou indirectement (en chargeant un moyen de stockage d'énergie électrique, tel qu'une pile rechargeable ou un condensateur).
Les figures 1 à 9 illustrent de manière schématique des modes de réalisation de l'invention, mais ne limitent pas l'invention. Il est entendu que tous les modes de réalisation et toutes les variantes présenté(e)s 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.
La fiqure 1 montre de manière schématique 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 1 selon l'invention comporte un réseau 3 de zones d'images 4 (qui peuvent être des pixels) rétro-éclairés par une source de lumière 2, typiquement plate, placée derrière le réseau 3 de zones d'images 4. La source de lumière 2 plate peut être une plaque diffusante. Dans une variante de ces modes de réalisation, le réseau 3 de pixels 4 n'est pas rétro-éclairé par une source de lumière 2, mais chaque pixel 4 constitue lui-même une source de lumière, par exemple par électroluminescence. Comme indiqué ci-dessus, chaque pixel 4 peut être formé par une pluralité d'unités de couleur différente, typiquement par trois unités (rouge, bleu, vert). Cela est illustré sur la figure 1 et s'applique à tous les modes de réalisation de la présente invention.
L'écran 1 selon l'invention comporte également un réseau 6 de bandes de cellules photovoltaïques 7,8; la figure ne montre pas le substrat sur lequel elles ont été déposées. L'écran 1 comporte également un réseau lenticulaire 5 qui comporte une juxtaposition de lentilles rectilignes identiques, dont l'axe longitudinal est parallèle aux bandes de cellules photovoltaïques 7,8. Ledit réseau lenticulaire est positionné entre ledit réseau 3 de zones d'images 4 et ledit réseau 6 de cellules photovoltaïques 7,8. Le réseau lenticulaire 5 peut être constitué d'une juxtaposition de lentilles 12 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 5 génère un effet de lentille individuelle pour chaque pixel 4, focalisant la lumière provenant du pixel 4 dans l'orifice 13.
D'une manière générale, les zones d'images 4 n'ont pas besoin d'être tous dans le même plan, mais elles peuvent être disposées sur plusieurs plans sensiblement parallèles. Les pixels 4 peuvent être subdivisés en cellules, pour un affichage couleur, selon les technologies connues de l'homme du métier, par exemple chaque pixel peut être subdivisé en trois cellules de couleur rouge, verte et bleue.
Dans tous les modes de réalisation de l'invention, les cellules photovoltaïques 7 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, l'écran 1 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 de éléments suivants : un filtre de couleur, un filtre de polarisation, un élément lenticulaire, un diffuseur de lumière, une couche protectrice. L'écran 1 peut aussi être un écran souple.
La fiqure 2 montre de manière schématique une variante de ce premier mode de réalisation, pouvant être combiné avec tous les autres modes de réalisation de l'invention, dans lequel le réseau 6 de bandes photovoltaïques est protégé par une couche de protection 17 qui peut être rigide ou souple, continue ou discontinue ; par exemple, il peut s'agir d'un film polymère. Cette couche peut comporter une couche antireflet 11, avantageusement sur la face externe (i.e. la face tournée vers l'observateur 9). Ladite couche de protection 17 peut former le substrat sur lequel a été déposé ledit réseau 6 de bandes de cellules photovoltaïques 7,8.
La fiqure 3 montre de manière schématique et simplifiée une autre représentation d'un mode de réalisation similaire. Le réseau de pixels 3 est rétro-éclairé (flèches blanches), la source de lumière n'est pas montrée sur cette figure. Les chemins optiques des faisceaux provenant de chacune des trois zones des pixels 4 sont clarifiés.
La fiqure 4 montre de manière schématique et simplifiée un autre mode de réalisation particulier dans lequel le faisceau lumineux 21 en provenance de la zone d'image 4 est divergent ; cela peut être réalisé par exemple avec un pixel 4 de type LCD rétro-éclairé par un faisceau de lumière 22 divergent (comme montré sur la figure 4), ou par un pixel électroluminescent de type LED ou OLED (variante non montrée sur la figure). Dans ce cas la lentille 12 correspondante est avantageusement convergente avec une première face convexe 34 et au besoin une deuxième face convexe 35, de manière à réduire la longueur focale de la lentille 12 et obtenir ainsi un faisceau de lumière 23 convergent et focalisé sur l'orifice 13 après son passage au travers de la lentille 12 et/ou augmenter l'angle de sortie du faisceau lumineux sortant.
Dans un autre mode de réalisation montré de manière schématique et simplifiée sur la fiqure 5, le faisceau lumineux 21 en provenance du pixel 4 est convergent ; cela peut être réalisé par exemple avec un pixel 4 de type LCD rétro-éclairé par un faisceau de lumière 22 convergent. La lentille correspondante 12 peut alors être divergente, avec une première face concave 24 et au besoin une deuxième face concave 25 de manière à augmenter la longueur focale de la lentille 12 et obtenir ainsi un faisceau de lumière 23 convergent et focalisé sur l'orifice 13 et dont le plan focal aura été décalé en s'éloignant du pixel. Ce besoin pourra se présenter par exemple pour augmenter l'épaisseur globale de la plaque lenticulaire et/ou réduire l'angle de sortie du faisceau lumineux.
Dans un autre mode de réalisation montré de manière schématique et simplifiée sur la fiqure 6, le faisceau lumineux 21 en provenance de la zone d'image 4 est parallèle ; cela peut être réalisé par exemple avec un pixel de type LCD rétro-éclairé par un faisceau de lumière 22 parallèle. Dans ce cas la lentille 12 correspondante peut être convergente, avec une face convexe de manière à créer une convergence du faisceau lumineux en un plan focal proche de l'orifice 13 correspondant de la plaque photovoltaïque 6.
Dans encore un autre mode de réalisation montré de manière schématique et simplifiée sur la fiqure 7, les orifices 50,51,52 de la plaque photovoltaïque 6 et les lentilles 60,61,62 de la plaque lenticulaire 5 sont en correspondance avec la lumière émise par une partie 40,41,42 seulement du pixel 4. Cette partie 40,41,42 du pixel 4 peut correspondre par exemple à une zone particulière, correspondant à une des couleurs rouge, verte ou bleu d'un pixel LCD ; sa lumière est déviée par la lentille 60,61,62 correspondante pour être focalisé chacun dans un orifice 50,51,52 correspondant.
Dans encore un autre mode de réalisation montré de manière schématique et simplifiée sur la figure 8, à chaque lentille 12 correspond un groupe de pixels 43,44,45 dont l'ensemble des faisceaux lumineux sortants sont déviés par une lentille 12 associée à ce groupe de pixels 43,44,45 qui les focalise dans l'orifice 13.
Dans tous les modes dé réalisation, il n'est pas strictement nécessaire que la focalisation de la lumière en provenance des pixels 4,43,44,45 ou parties 40,41,42 de pixels se fasse dans l'orifice 13,50,51,52, mais la focalisation dans l'orifice donne la meilleure luminosité et qualité de l'affichage.
La plaque photovoltaïque 6 comprend toujours les électrodes, typiquement en couche mince, nécessaires pour connecter les cellules photovoltaïques entre elles et pour collecter le courant (non montré sur les figures).
Dans un mode de réalisation particulier, non illustré par une figure, le dispositif 1 selon l'invention comporte deux ensembles de cellules photovoltaïques différents, l'un dédié à la conversion photovoltaïque de la lumière ambiante 20 (appelée ici « lumière externe »), et l'autre dédié à la conversion photovoltaïque de la lumière diffusive en provenance des pixels et/ou de leur rétro-éclairage (appelée ici « lumière interne »). Par exemple, on peut disposer un premier ensemble de cellules photovoltaïques sur la face externe de la plaque photovoltaïque (de préférence alors protégées par une couche ou un film de protection), destiné à convertir la lumière externe, et un deuxième ensemble de cellules photovoltaïques sur la face interne de la plaque photovoltaïque, destinée à convertir la lumière interne.
L'écran digital d'affichage 1 selon l'invention peut être incorporé dans un appareil électronique fixe ou portable ; cet appareil forme un autre objet de l'invention. II 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 1 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.
La fiqure 9 montre de manière schématique le procédé de fabrication d'un écran d'affichage 1 avec cellules photovoltaïques intégrées selon l'invention : La plaque photovoltaïque, comportant le réseau 6 de cellules photovoltaïques (typiquement des bandes photovoltaïques) qui sont éventuellement recouvertes par une couche de protection 17 (elle-même éventuellement recouverte d'une couche antireflet 11), associée au réseau lenticulaire 5 (éventuellement déposé directement sur ce réseau lenticulaire ou séparée par une plaque ou un film, non montré sur la figure) forme une plaque photovoltaïque à lentilles intégrées ensemble 65 qui peut être apposée sur un écran digital d'affichage 66 pour former un écran digital d'affichage 1 à cellules photovoltaïques intégrées comme précédemment décrit. Plus particulièrement, ladite plaque photovoltaïque à lentilles intégrées 65 peut être constituée d'un film transparent 64, de préférence souple ou semi-rigide, typiquement en matériau polymère, sur lequel a été déposé ledit réseau lenticulaire 5, sur lequel a été déposé ledit réseau 6 de cellules photovoltaïques 7,8 sur au moins une de leurs faces, ces dernières éventuellement protégé, comme indiqué ci-dessus, par une couche de protection 17, par exemple un dépôt de surface (couche mince) ou un film souple. Cette plaque photovoltaïque à lentilles intégrées 65 peut être apposée et fixée, par exemple par collage, sur la surface externe 63 d'un écran digital d'affichage 66, comme indiqué par des flèches sur la figure 9. Cette surface externe 63 est de préférence lisse ; elle peut être plate ou galbée, rigide ou souple. Ce film photovoltaïque à lentilles intégrées 65 comprend également les électrodes, typiquement en couche mince, nécessaires pour connecter les cellules photovoltaïques entre elles et pour collecter le courant (non montré sur les figures).
La figure 10 montre encore un autre mode de réalisation de l'invention. Le dispositif d'affichage 1 comporte un réseau 90 des zones d'images 91, qui sont typiquement déposées ou imprimées sur un substrat 92 et rétro-éclairés. Ledit substrat 92 est avantageusement transparent ou au moins translucide ; il peut être une source de lumière plate. Les zones d'images 91 peuvent former des bandes parallèles, dont le sens long est parallèle à celui des lentilles 12 formant le réseau lenticulaire 5. Comme dans les autres modes de réalisation, le réseau lenticulaire 5 focalise la lumière en provenance des zones d'image. Ce mode de réalisation convient particulièrement bien pour des dispositifs d'affichage de grande taille présentant des images fixes, par exemple des affiches publicitaires, des enseignes, des plaques décoratives disposées à l'extérieur ou à l'intérieur de bâtiments.
La fiqure 11 montre de manière schématique un exemple d'une plaque photovoltaïque à lentilles intégrées selon l'invention qui a été réalisée de la manière suivante : on a déposé sur un substrat souple 17 en verre d'une épaisseur H2 d'environ 500 pm recouvert d'une couche conductrice et transparente de ZnO2 une cellule photovoltaïque de type p-i-n à base de silicium amorphe hydrogéné, sur la quelle on a ensuite déposé une couche de ITO. Cette cellule photovoltaïque produit une tension en circuit ouvert d'environ 8 V. Par gravure humide à l'acide de la couche ITO, puis par une gravure ionique réactive (RIE - Reactive Ion Etching) dans un plasma formé à partir d'une atmosphère de SF6 pour le silicium, on a découpé des bandes parallèles dans cette cellule photovoltaïque, pour obtenir un réseau de bandes photovoltaïques 6. On a utilisé une plaque lenticulaire 5 en PET d'une épaisseur H3 d'environ 125 pm avec des lentilles cylindriques d'un pas L3 de 91 pm, d'une hauteur H4 d'environ 26 pm et un angle d'ouverture de 120° commercialisée par la société Microsharp. On a assemblé la plaque photovoltaïque et la plaque lenticulaire pour former une plaque photovoltaïque à lentilles intégrées. Cette plaque, d'une dimension d'environ 4,2 cm x 3,7 cm, a été collée sur l'écran d'un téléphone portable de type SGH-F490 commercialisé par la société Samsung, pourvu d'une plaque en verre d'une épaisseur H1 d'environ 700 pm derrière laquelle se trouve le réseau 3 de pixels d'une largeur individuelle L1 d'environ 160 pm. On a établi une liaison électrique entre la plaque photovoltaïque et le circuit d'alimentation électrique du téléphone de manière à permettre la recharge de la batterie par la plaque photovoltaïque.
Liste des repères : 1 Dispositif d'affichage 21,22,23 Faisceau de lumière 2 Source de lumière 24,25 lè' et 2è" face concave 3 Réseau de zones d'image 34,35 1 èfe et 2è' face convexe 4 Zone d'image 40,41,42 Partie d'une zone d'image 5 Réseau lenticulaire 43,44,45 Groupe de zones d'image 6 Réseau de cellules photovoltaïques 50,51,52 Orifices 7,8 Cellules photovoltaïques 60,61,62 Lentilles 9 Observateur 63 Surface externe 11 Couche antireflet 64 Film transparent 12 Lentille 65 Plaque photovoltaïque à lentilles 13 Orifice intégrées 17 Couche de protection 66 Ecran d'affichage digital 20 Lumière externe

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'affichage (1), à cellules photovoltaïques intégrées, comportant (a) un réseau (3) de zones d'image (4) émettant de la lumière ou rétro-éclairés par une source de lumière (2) placée derrière le réseau (3) de zones d'images (4) ; (b) un réseau (6) formé par une pluralité de cellules photovoltaïques (7,8) et une pluralité d'orifices, dans lequel réseau deux cellules photovoltaïques voisines forment un orifice, (c) un réseau lenticulaire (5) permettant de focaliser la lumière émise par lesdites zones d'image (4) dans l'orifice entre deux cellules photovoltaïques (7,8) voisines, ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce que ledit réseau lenticulaire (5) est positionné entre ledit réseau (3) de zones d'images (4) et ledit réseau (6) de cellules photovoltaïques (7,8).
  2. 2. Dispositif d'affichage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un écran digital d'affichage.
  3. 3. Dispositif d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un écran souple.
  4. 4. Dispositif d'image (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites zones d'images (4) sont des pixels.
  5. 5. Dispositif d'affichage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé 25 en ce que ledit réseau lenticulaire (5) comporte une juxtaposition de lentilles rectilignes identiques, dont l'axe longitudinal est parallèle aux bandes de cellules photovoltaïques (7,8)-
  6. 6. Dispositif d'affichage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé 30 en ce que les lentilles dudit réseau lenticulaire (5) sont sélectionné dans le groupe formé par les lentilles plan-convexes, biconvexes, symétriques, asymétriques, sphériques et/ou asphériques, ou par les lentilles à variation d'indice.
  7. 7. Dispositif d'affichage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé 35 en ce que ledit réseau (6) de bandes de cellules photovoltaïques (7,8) est protégé par une couche de protection (17), avantageusement pourvue d'une couche antireflets (11). 1320
  8. 8. Dispositif d'affichage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites cellules photovoltaïques (7,8) sont des cellules en couche mince à base de silicium amorphe ou microcristallin, à base de CdTe ou à base de CIGS ou à base de polymères.
  9. 9. Dispositif d'affichage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdites cellules photovoltaïques (7,8) sont au moins partiellement transparentes à la lumière visible.
  10. 10. Dispositif d'affichage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdites zones d'images (4), 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.
  11. 11. Dispositif d'affichage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte sur sa face externe une couche ou un film tactile.
  12. 12. Appareil électronique portable ou fixe incorporant un écran digital d'affichage (1) selon 20 l'une quelconque des revendications 2 à 11.
  13. 13. Plaque photovoltaïque à lentilles intégrée (60) pour la fabrication d'un dispositif d'affichage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant un substrat ou film (62) transparent, de préférence souple ou semi-rigide, ledit film comprenant un 25 réseau lenticulaire (11), et ledit film comprenant un réseau (5) de cellules photovoltaïques (7,8), lesdites cellules photovoltaïques (7) étant de préférence protégées par au moins une couche de protection (17), continue ou discontinue.
  14. 14. Procédé de fabrication d'un écran digital d'affichage (1) à cellules photovoltaïques 30 intégrées selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel on approvisionne un écran digital d'affichage (66) comportant une surface externe (63) lisse, et dans lequel on approvisionne une plaque photovoltaïque à lentilles intégrées (65) selon la revendication 13, et dans lequel on fixe, de préférence par collage, ledit film photovoltaïque à lentilles intégrées (65) sur ledit écran digital d'affichage (66) pour former un écran digital 35 d'affichage (1) à cellules photovoltaïques intégrées.
  15. 15
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