具有带改善的亮度和反射率的集成光伏单元的显示设备的制作方法

本发明涉及发射型显示屏，并且更具体地涉及在固定或便携式电子设备中的、呈现被集成在屏幕中的光伏单元的背光式显示屏。
背景技术：
：在本发明中，“显示设备”意指配备有屏幕的电子设备，所述屏幕通过对所述设备所生成的光的适当引导而使得能够显示发光的图像或消息。包括背光式图像区的显示屏通常用于便携式电子设备中。“背光式图像区”意指位于从后方照亮的光源前方的图像区。“图像区”可以例如是像素、多个像素或像素的一部分（例如液晶像素），又或是在其上已经印刷了图像的膜带。在背光式屏幕中，漫射光源被安置在像素平面的上游，以便改善图像的对比度，术语“上游”参考所述设备发射的光的光学路径。便携式设备一般拥有通过电池的电源，所述电源的续航持续时间是重要的使用舒适度因素。为了增加该续航持续时间，已经将光电池集成在这些便携式设备中的某些中。所述光电池产生对于所述设备的运转而言必要的电流的一部分。在其中用于在所述便携式设备的外表面上布置光电池的可用空间非常缩减的情况下，合期望的是将光电池集成在显示屏自身中。现有技术示出了用于这样的集成的一定数目的示例。在文献EP1174756、US7,206,044、WO2009/052326、US2010/284055、WO2009/065069、US2010/245731中所述的第一种途径在于沉积半透明的光伏单元。在文献US2002/0119592、US4,795,500和WO2009/098459中所述的另一种途径在于以带的形式沉积光伏层，在所述带之间通过来自像素的光。所有这些途径导致要么不太亮、要么其中光伏单元的面积（其对于给定的单元类型而言与所转换的能量成比例）很小的屏幕。最近，配备有被集成在显示面上的光伏带的背光式屏幕的这些系统已经是通过使用透镜网的显著改善的出发点，诸如在文献WO2012/104503和WO2013/054010中所述的，所述透镜网能够聚焦来自光伏带之间的背光式屏幕的像素的光并且因此以光伏带的恒定的表面分数来增加屏幕的亮度。在这些文献中所述的显示设备使得能够改善被置于背光设备和配备有孔口（orifice）的光伏板之间的图像的亮度，这是由于在图像和光伏板之间集成了透明透镜，所述透明透镜被布置用于使来自背光式图像穿过孔口的光偏向并且用于避免在穿过透镜的通道处的寄生反射。然而，在从现有技术中已知的文献中所使用的透镜网并不是用于有效地集中设备所发射的光、即用于将入射光束聚焦向空间的点状区的性能最好的光学系统。另外，这样的透镜网的制造容差，尤其是在透镜和半透明光伏模块之间的残余厚度，以及光伏模块的透明区相对于微透镜的相应对准，是非常弱的。此外，构成透镜网的透明材料具有经校准的折射率，这产生成本以及在制造过程上的约束。最后，作为黏合剂用于将透镜网组装在屏幕中的光学胶具有与透镜网的折射率不同的折射率，并且在不同屈光面的通道处引起设备所发射的光的透射的损失，以及屏幕上环境光的寄生反射。与前述问题同时产生的解决方案因此使得能够提高所显示图像的品质，同时降低环境光在光学系统表面上的反射，并且改善所述设备所发射的光的透射，而同时降低与多种光学树脂的使用以及与小尺寸容差有关的制造成本。本发明的目的因此在于补救这些缺陷，这通过提议在光学设备中集成不透明且反射的集中器，以代替已知的透明透镜网。技术实现要素：本发明的目的涉及一种显示设备，以及用于实现所述设备的一部分的多种方法，诸如在权利要求中所限定的那样。根据本发明的显示设备至少包括：(a)多个活性光伏区和多个孔口，已知两个相邻的活性光伏区限定孔口；(b)一个或多个人造光源；(c)多个光集中器，其被布置在所述光源与所述活性光伏区之间。所述显示设备的特征在于所述光集中器是不透明且反射的，并且被布置使得由人造光源所发射的光在光集中器的表面被反射，然后被引导穿过所述孔口。不同的活性光伏区可以形成唯一的光伏单元或者串联或并联地电气连接的单元的集合以用于形成光伏模块。还可以涉及多个独立的单元或模块。一般而言，在下文中“光伏模块”意指这些配置中的任一个。所述活性光伏区可以在一个或多个面上是活性的并且由一种或多种活性材料构成，所述活性材料可以是无机或有机的、晶体或非晶的、不透明或半透明的。这些活性材料有利地是基于非晶或微晶硅、GaAS（砷化镓）、CdTe（碲化镉）、CIGS（铜-铟-镓-硒）、CZTS（铜-锌-锡-硒）或基于聚合物的薄层。可以涉及p-i-n或p-n类型的结，又或串列式单元，即包括优选吸收光谱中不同部分的两个叠置单元。所述单元可以被设计用于将可见光和/或紫外光和/或红外光转换成电。光集中器是指一种光学集中器，其能够在称为“输入表面”的空间区中收集具有不同入射角的光束的光以用于将其引导向被称为“输出表面”并且一般对应于集中器顶端的更小表面。光集中器的集中率于是被定义为输出表面与输入表面的比。所述集中器可以由一个或多个表面所构成，所述表面是平面的、凹或凸的、抛物状的、半圆柱形或圆柱抛物状的。在本发明中，光集中器使得能够引导所述显示设备所生成的光穿过光伏模块的孔口，以使得以活性光伏区的恒定表面分数来增加所述设备的亮度。因此，集中器的顶端应当被定位成与光伏模块的孔口相对以使得通过所述集中器所聚焦的光的主要部分通过透明的孔口而传送通过活性光伏区。根据设备的不同实施例，所述集中器的表面是金属的（例如由铝制成、由银制成或由钼制成），或者是着色的（例如是白色的），或者由基于碳的材料构成（例如由石墨烯或石墨制成），并且是平滑或光滑的。结果，这些集中器优先考虑入射光的镜面反射而不是漫反射或吸收，反射的性质与所述表面的品质密切相关。当入射光线生成唯一的反射光线时，反射被称为镜面的。理想地，入射光线的能量全部重现于反射光线中。一旦界面的缺陷的尺寸小于或约为所接收的光的波长的量值，这些表面就倾向于变成完全反射的。有利地，集中器的表面上的镜面反射率应当大于入射光的90%。根据实现变型，构成集中器表面的材料是一种电导体，其还充当活性光伏区上的电极。因此，在集中器的反射表面与光伏模块的两个电极之一之间的这种相互作用使得能够减少设备的层数，并且因此使其厚度最小化。根据按照本发明的设备的某个实施例，所述活性光伏区被定位在所述光集中器的顶端的附近。这种配置优化穿过光伏模块的孔口所透射的光的量，同时限制由所述设备所发射的将可以在活性光伏区上被反射或吸收的光的量。根据另一实施例，所述活性光伏区覆盖光集中器的表面并且与所述表面共形，也就是说，所述活性光伏区也取集中器的表面的形状。这种配置的优点在于最大化活性光伏区的视在表面，并且因此潜在地最大化由光伏模块所生成的电产量。根据所述设备的附加实现变型，所述活性光伏区和所述集中器被组织成基本图案的连续或非连续的网，其限定任何类型的形状，特别是弯曲形状（例如圆柱体）、平面形状（例如多边形、棱柱形或六边形）。根据选定的实施例，所述人造光源可以发射白色或有色光。这些光源可以由一个或多个电致发光二极管（LED）（一般是白色的）构成，所述电致发光二极管直接位于与本发明的目标设备相对处，又或位于其中光传播的透明波导的侧边上。还可以涉及有机或无机电致发光源，其优选地在可见光谱的一部分中发射，并且因此是有色的。根据没有表示出的附加实现变型，所述集中器在处于所述集中器的顶端附近并且对应于孔口的表面处是纹理化的。在所述集中器顶端的表面的纹理化使得能够最小化在不同折射率的两种光学介质之间的界面处光的反射现象，并且因此最大化被发射穿过所述集中器的光的量。在没有表示出的特定实施例中，根据本发明的显示设备还包括准直设备，所述准直设备能在优先考虑的方向上引导光源发射的光。事实上，所有集中器都具有对于入射光的约束接受锥，即受限的入射角，超过所述受限的入射角，入射光不再被聚焦而是被返回到光学系统外。该接受锥取决于集中器的形状，并且比集中率更加受限，也就是说输入的光通量的表面与输出的光通量的表面的比很大。入射光的准直设备使得能够控制所述设备发射的光的方向，因此控制所述光的入射角，以使得其有利地对应于集中器的接受锥（即使很小）。准直设备与本发明的目标设备的组合因此使得能够最大化集中率。以活性光伏区的恒定表面分数，因此增大通过集中器、穿过光伏模块的孔口所透射的光的量，并且因此增大显示设备的亮度。此处准直设备意指使得能够重定向来自点源的光通量的独立光学系统，又或表面结构化的光学光导（在该情况下，准直设备直接耦合到发射光的波导）。在没有表示出的另一特定实施例中，根据本发明的显示设备还包括一个或多个有色滤光器。根据显示技术，这些有色滤光器或像素滤光器可以并排或堆叠地关联，典型地通过三个红色、绿色和蓝色基本滤光器的重复，相应地被称为RGB加法或CMJ减法技术并且被本领域技术人员已知。RGB加法技术例如使用在“液晶显示器”类型的显示设备中，而CMJ减法技术被实施在利用英语中称为“electrowetting（电润湿）”的类型的技术的设备中。在没有表示出的另一特定实施例中，根据本发明的显示设备还包括一个或多个偏振器和/或电光学调制器。可以例如涉及有机偏振器或称为“导线网格”类型的偏振器，以及液晶调制器又或“电润湿”类型的调制器。在没有表示出的又一特定实施例中，根据本发明的显示设备还包括配备有另一功能的层，例如抗反射的、抗UV的或触觉检测的层。本发明的目的还在于一种用于制造显示设备的全部或部分的方法，所述显示设备包括多个活性光伏区以及多个位于相邻的活性光伏区之间的孔口、一个或多个人造光源、以及多个被布置在所述光源和所述活性光伏区之间的光集中器。根据用于制造包括集中器和活性光伏区的设备的一部分的方法的第一示例，以下述方式进行：(a)供应透明板，(b)通过移除或沉积材料来结构化所述透明板，以使得赋予所述透明板呈现集中器形状的结构；(c)在所述透明板的经结构化的面上沉积反射材料层；(d)在集中器的顶端处蚀刻所述反射层，以便在该处创建孔口；(e)以独立的方式供应包括多个活性光伏区和多个孔口的半透明光伏模块，所述活性光伏区由被沉积在透明基底上的多个薄层构成；(f)通过精确地对准光伏模块的孔口与集中器顶端的孔口而固定所述半透明光伏模块与由蚀刻的集中器所构成的模块。在该制造方法中，透明板的结构化可以借助于纹理化的印章或辊、在UV辐射下实现，所述纹理化的印章或辊在光敏的液体或半液体的聚合物上印刷形状的网，或通过固体透明材料的冲压来实现。固定的步骤通过焊接或借助于其折射率有利地被包括在所供应的透明板的折射率和透明基底的折射率之间的光学胶、通过胶合来实现。所述透明板、透明基底由透明固体材料构成，如玻璃又或PMMA、PET或聚碳酸酯类型的聚合物，并且是刚性或柔性的。根据用于制造包括集中器和活性光伏区的设备的一部分的方法的第二示例，以下述方式进行：(a)供应透明板；(b)通过移除或沉积材料来结构化所述透明板，以使得赋予所述透明板呈现集中器形状的结构；(c)在所述透明板的经结构化的面上接连地沉积多个构成光伏模块的共形薄层，这通过反射且导电的层开始；(d)在集中器的顶端处接连地蚀刻薄层的总体。根据用于制造包括集中器和活性光伏区的设备的一部分的方法的第三示例，以下述方式进行：(a)供应透明板；(b)通过移除或沉积材料来结构化所述透明板，以使得赋予所述透明板呈现集中器形状的结构；(c)在所述透明板的经结构化的面上沉积平面化反射层，所述平面化反射层完整地填充所述经结构化的面；(d)在所述平面化反射层上接连地沉积至少两个构成光伏模块的薄层；(e)在集中器的顶端处接连地蚀刻至少两个光伏模块薄层以及平面化反射层，以便在该处实现孔口。在优先考虑的实施例中，所述平面化反射层可以是导电的并且充当光伏模块上的电极。于是存在光伏模块的电极与集中器的反射部分的相互作用。可替换地，除了反射层之外可以沉积多个薄层，所述多个薄层中之一充当光伏模块上的后电极。根据用于制造包括集中器和活性光伏区的设备的一部分的方法的第四示例，以下述方式进行：(a)供应由多个薄层构成的光伏模块，所述多个薄层连续地沉积在透明基底（8）上；(b)沉积由液体或固体材料构成的膜，所述材料有利地是光敏或热敏的；(c)使所述膜结构化，例如借助于塑型或激光，以使得赋予所述膜呈现集中器形状的结构；(d)均匀地蚀刻所述膜以使得其在集中器顶端附近的局部厚度为零；(e)在所述膜上沉积反射材料的共形层；(f)在集中器的顶端处接连地蚀刻反射层以及至少两个光伏模块薄层。根据用于制造包括集中器和活性光伏区的设备的一部分的方法的第五且最后的示例，以下述方式进行：(a)供应由多个薄层构成的光伏模块，所述多个薄层连续地沉积在透明基底（8）上；(b)沉积由液体或固体材料构成的膜，所述材料有利地是光敏或热敏的；(c)使所述膜结构化，例如借助于塑型或激光，以使得赋予所述膜呈现集中器形状的结构；(d)均匀地蚀刻所述膜以使得其在集中器顶端附近的局部厚度为零；(e)在集中器的顶端处接连地蚀刻至少两个光伏模块薄层，以便在该处实现孔口；(f)在所述膜上以及在光伏模块的孔口中沉积透明介电材料的共形层，而同时使得介电层中的开口在孔口处显现；(g)在所述层上沉积反射且电导体材料的共形层，以使得仅仅某些孔口不被覆盖，并且导体材料在对应的开口处与光伏模块的透明电极电接触。本发明的目的还在于一种用于实现光伏显示设备的方法，包括在于以下各项的步骤：(a)供应由多个薄层构成的光伏模块，所述多个薄层连续地沉积在透明基底上；(b)沉积由液体或固体材料构成的膜，所述材料有利地是光敏或热敏的；(c)使所述膜结构化，以使得赋予所述膜具有顶端的结构，该结构具有光集中器的形状；(d)均匀地蚀刻所述膜以使得其在集中器顶端附近的局部厚度为零；(e)在集中器的顶端处蚀刻至少两个光伏模块薄层，以便在所述顶端的附近获得能使光通过的孔口。根据该方法的有利变型，其包括在于以下各项的附加步骤：(a)在所述膜上以及在光伏模块的孔口中沉积透明介电材料的共形层，而同时使得所述透明介电材料层中的开口在所述孔口处显现；(b)在所述透明介电材料层上沉积反射且电导体材料的共形层，以使得仅仅某些孔口不被覆盖，并且所述反射且电导体的材料在对应的开口处与光伏模块的透明电极电接触。在本发明的没有表示出的特定实施例中，被布置在本发明的目标显示设备的一面上的发射型屏幕可以与在所述设备的相对面上的反射型屏幕相组合，其中集中器的反射表面被用作镜面以用于反射环境光并且显示信息。在这样的设备中，用于发射型屏幕和反射型屏幕的显示的某些元件，如电光学调制器、有色滤光器又或偏振器可以是相互作用的。本发明在包括根据本发明的显示设备的固定或便携式、刚性或柔性的电子装置中找到其主要应用。本发明特别适合于电子装置（如便携式电话、手表、平板设备、计算机、电视机、人机接口、特征性面板又或广告面板）的发射型显示屏。附图说明本发明借助于其详细描述、结合附图将被更好地理解，在所述附图中：-图1以横切剖面示意性地示出了根据本发明的显示设备的结构；-图2a、2b、2c和2d以横切剖面示意性地示出了在用于制造根据本发明的显示设备的一部分的第一方法的不同步骤处的对象；-图3a、3b和3c以横切剖面示意性地示出了一些对象，所述对象图示了在用于制造根据本发明的显示设备的一部分的第二方法的不同步骤；-图4a、4b、4c和4d以横切剖面示意性地表示了一些对象，所述对象图示了用于制造根据本发明的显示设备的一部分的第三方法的不同步骤；-图5a、5b、5c、5d和5e以横切剖面示意性地表示了一些对象，所述对象图示了用于制造根据本发明的显示设备的一部分的第四方法的不同步骤；-图6a、6b、6c和6d以横切剖面然后以俯视图示意性地示出了一些对象，所述对象图示了用于制造根据本发明的显示设备的一部分的第五方法的不同步骤。各图不是按比例的，其中设备的组件的相对厚度被故意夸大以便更好地使其结构显现。具体实施方式参考图1，其对应于根据本发明的显示设备的剖面示意图，所述显示设备包括多个活性光伏区1和多个孔口2，其中两个相邻的活性光伏区1’、1”被孔口2间隔开；人造光源3；以及多个抛物形状的、不透明且反射的集中器4，所述集中器被布置在所述光源3与所述活性光伏区1之间。所述抛物状集中器4被布置使得由人造光源3所发射的光通过光集中器4而被引导穿过孔口2。图2a、2b、2c和2d通过剖面示意性表示了多个对象，所述对象图示了用于制造根据本发明的显示设备的一部分的第一方法的不同步骤。第一步骤在于供应透明板10，以及在于结构化所述透明板10，这通过被沉积在其表面上的材料层的塑型以使得赋予所述透明板10抛物形状（图2a）。随后的步骤在于在所述透明板10的经结构化的面上沉积反射材料的共形层9，以用于获得抛物状集中器4（图2b）。共形层意指采用其支撑的形状、即抛物状集中器4的形状的材料层。然后在抛物状集中器4的顶端11处蚀刻反射层9（图2c），以使得在顶端11附近的反射层9中创建孔口。并行地，独立地供应包括多个活性光伏区1和多个孔口2的半透明光伏模块，其中两个相邻的活性光伏区1、1’限定孔口2。所述活性光伏区1由被沉积在透明基底8上的多个薄层5、6、7构成。层7是透明电极，其可以是实心板（即在孔口11处存在，如图2d上所表示的那样）或被结构化使得孔口不包含层7（此处没有表示出），而吸收体层6和金属电极5是不透明的。最后，通过精确地对准光伏模块的孔口2与抛物状集中器4的顶端11的孔口而通过胶合来固定所述半透明光伏模块与由蚀刻的抛物状集中器4构成的模块（图2d）。现在描述使得能够生产图1上示意性表示的显示设备的一部分的第二制造方法。此方法的前两个步骤（图3a）与关于图2a所描述的那些相同。然后在所述透明板10的经结构化的面上接连地沉积多个构成光伏模块的共形薄层5、6、7，这通过反射且导电的层5开始（图3b）。以此方式，光伏模块的薄层5、6、7符合被置于透明板10上的抛物结构的形状。最后的步骤在于在抛物状集中器4的顶端11处接连地蚀刻薄层5、6、7的总体（图3c），以用于在所述薄层中获得孔口2。利用具有与其支撑（即透明板的经结构化的面）相同形状的薄层5、6、7的光伏模块的使用使得能够由此增大相对于平面光伏模块的表面，这趋向于更大的电产量。在图4a、4b、4c和4d上图示了前述制造方法的变型的不同步骤。此方法的前两个步骤（图4a）再次与图2a上所述的那些相同。然后在所述透明板10的经结构化的面上沉积平面化的第一反射层9，所述平面化的第一反射层9完整地填充所述经结构化的面的凹陷部分（图4b），然后接连地沉积两个薄层6、7，所述两个薄层6、7与层9一起构成光伏模块。最后，在抛物状集中器4的顶端11处接连地蚀刻薄层6、7以及反射层9以用于获得孔口2。现在关于图5来描述使得能够生产根据本发明的显示设备的一部分的第四制造方法。第一步骤在于供应由多个薄层5、6、7构成的光伏模块，所述多个薄层5、6、7被连续地沉积在透明基底8上（图5a）。然后，沉积膜12，使所述膜12结构化，例如借助于塑型或激光，以便赋予其反抛物形状（图5b）。随后的步骤在于均匀地蚀刻所述膜12以便其在未来抛物状集中器4的顶端11附近的局部厚度为零（图5c）。换言之，在其顶端11附近的膜12中创建孔口。然后在所述膜12上沉积反射材料的共形层9（图5d）。最后，在抛物状集中器4的顶端11处接连地蚀刻反射层9以及至少两个光伏模块薄层5、6（图5e），以使得局部地在层9、5、6中创建孔口，从而使得能够通过光。图6a、6b和6c以剖面示意性地表示了多个对象，所述对象图示了用于制造根据本发明的显示设备的一部分的第五方法的最后三个步骤，已知所述方法的前三个步骤与图5a、5b和5c上所表示的步骤相同。在图6a上所图示的步骤在于在抛物状集中器4的顶端11处接连地蚀刻光伏模块的两个薄层5、6。然后在膜12上以及在光伏模块的孔口2处的基底7上沉积透明介电材料的共形薄层13，而同时在所述孔口2处使层13中的开口14显现（图6b）。最后的步骤同时在图6d（顶视图）和6c（沿着通过图6d上的虚线所体现的平面的剖视图）上被图示。所述最后的步骤在于在所述层13上沉积反射且电导体材料的共形层9，以使得仅仅某些孔口2不被覆盖，并且材料9在对应的开口14处与光伏模块的透明电极7电接触。该层9同时使得能够形成抛物状集中器4并且在活性光伏区1中运送由透明电极7所收集的电荷，而同时最小化该不透明的层9在孔口2处的可见性。本发明的优点根据前述内容，本发明因而实现所确定的目标。本发明描述了具有集成的光伏单元的电子显示设备，其包括不透明且反射的光学元件，所述光学元件能有效地集中由所述设备的光源穿过光伏模块的透明区所发射的光。相对于现有技术，本发明的目标设备具有的优点在于提高所显示的图像的品质，而同时降低在光学系统的表面上环境光的反射并且同时以光伏区的恒定的表面分数来改善所述设备所发射的光的透射。所述设备的亮度因此被增大。本发明的目标设备此外使得能够降低制造成本，这凭借实现方法的某些步骤的相互作用以及凭借尺寸容差的改善。图中所使用的参考标记列表1活性光伏区7透明电极2孔口8透明基底3光源9反射层4光集中器10透明板5金属电极11集中器的顶端6吸收体12膜13透明介电材料14开口当前第1页1 2 3