具有集成光伏电池的立体3d显示屏及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及具有立体三维效果的显示装置(1)，尤其是数字屏幕，其包括：(a)分成形成第一影像的第一组像素(P1)与形成第二影像的第二组像素(P2)的像素(4a，4b)的阵列(3)，和(b)至少部分地吸收可视光线的表面元件(6，16，26)的网(5)，所述网(5)与显示装置(1)平行且设置在观测者(8)和像素(4a，4b)的阵列(3)之间，所述显示装置(1)的特征在于，所述表面元件(6，16，26)包括设置在至少其中一个表面之上的光伏电池(7)，所述表面元件(6，16，26)设置成以便限定第一和第二影像之间的输出角度(α)，且所述表面元件(6，16，26)设置成以便对于一定的观测距离，所述显示装置(1)的观测者(8)的右眼(9)只能看到所述第一影像，且其左眼(10)只能看到所述第二影像。由此，获得能够通过凸起地设置在所述像素(4a，4b)的阵列(3)之前的光伏电池(7)来生成电流的3D数字显示屏幕。
【专利说明】具有集成光伏电池的立体3D显示屏及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及平板显示设备领域，且尤其是背光显示屏领域。包括很多背光像素的此类屏幕长久以来被人所熟知且应用于电视机、电脑、小型便携设备例如移动电话、游戏机和计算器的职能。
【背景技术】
[0002]这里所说的“背光”像素是指，位于从后部照明的光源之前的像素(例如液晶像素)。在背光屏幕中，为了改善对比度，将散射的光源设置在像素平面的后面。
[0003]通常设有电池电源的便携设备，其续航时间是重要的易用性要素。为了增加此续航时间，在所述便携设备中集成了光电池，光电池在所述便携设备运行中产生一部分所需电流。当便携设备外表面上放置光电池的可用尺寸或空间被大大缩减时，就需要将光电池设置在显示屏中。专利文献US2007/0102035(X.Yang)阐述了用于此类集成的示例。然而，这些光电池必须不使其所在屏幕的成像特征或发光度劣化，这就是为什么可用于这些光电池的总表面事实上是非常有限的。事实上，光电池的宽度不能明显大于两个像素之间的距离，该距离是被希望减少的距离以改善屏幕的分辨率。
[0004]此外，已知3D显示屏具有立体效果，有时也被称为视差屏障式屏幕。其涉及同时呈现两个图像的屏幕，实际上由观察者接收的图像取决于观察者相对于所述屏幕表面的位置。例如，当观察者在屏幕前侧移或当观察者靠近或远离屏幕时，该观察者接收到的图像可以发生改变。在具有立体效果的某些3D屏幕中，这种效果可以允许感知到通过屏幕显示的图像的三维立体感或类似感觉。在专利US7697105(夏普)中阐述了此类装置。在一定观测距离之内，该装置允许感知到屏幕所显示图像的三维视觉。这种效果是通过平行不透明带网产生的。但是，这些带降低了屏幕的发光度。但是，增加光电池使此屏幕的成像特征和/或发光度劣化是不期望的。
【发明内容】
[0005]这个问题可以通过本发明进行解决，本发明尤其应用于背光显示屏，但也可以应用于包括直接发光的像素的屏幕中(例如由一个或若干个电致发光二极管构成的像素)。此外，本发明同样可以应用于非屏幕的显示装置，例如成像像素仅是通过周围光照照明的装置，比如打印在纸张上的成像像素。
[0006]但是，本发明一个很重要的应用由屏幕构成，在下文中，为了简化起见，将设计通过“屏幕”这个术语陈述不同类型的成像介质，但是此简化不会限制本发明的意义在其他类型的显示设备中的应用。
[0007]根据本发明所述，将光伏电池应用到具有立体效果的三维(或3D)数字显示屏中不会使屏幕的成像和/或发光度的特性劣化，其通过具有立体效果的3D显示设备(I)来实现，其包括:
[0008](a)分成形成第一影像的第一组像素与形成第二影像的第二组像素的像素的阵列，和
[0009](b)至少部分地吸收可视光线的表面元件网，此网络与屏幕平行且设置在观测者和像素的阵列之间，此屏幕的特征在于，所述表面元件包括设置在至少其中一个表面之上的光伏电池，且表面元件以限定所述第一影像和所述第二影像之间的输出角度α的方式进行设置，且所述表面元件的设置方式为对于一定的观测距离，所述屏幕的使用者的右眼只能看到所述第一影像，且其左眼只能看到所述第二影像，从而有利于由所述像素阵列呈现的图像的凸起或三维视觉。
[0010]优选地，带有光伏电池的表面元件以限定影像输出角度a的方式进行设置，由像素呈现的影像的输出角度a的值在几度至30度之间，此值更优选地小于15度。
[0011]屏幕可以是通过位于像素阵列之后的光源由背光像素阵列构成的背光屏幕，和/或这些像素可以主动地发射光线(例如在电致发光像素的情况下)。
[0012]所述表面元件，也可能是不透明元件，可以采用截面为大致平行六面形、圆形、椭圆形和/或至少有三个侧边的多边形的层的形式。表面元件有利地以其长度X与屏幕平行且其宽度y在切断或穿过屏幕的方向上延伸的方式，优选地在与屏幕垂直的方向上延伸的方式设置。表面元件可以形成平行网络，所述表面元件的长度X则是平行的。
[0013]所述光伏电池可以设置于所述表面元件的表面上，这些表面在由它们的长度z和宽度X构成的平面上延伸。这些光伏电池有利地是基于无定形或微晶硅的薄层光伏电池，因为此类型的电池特别适合于使低强度光线(扩散光、元件内部光线)发生转变；但也可以制造通过任何其他合适技术实现的光伏电池，例如基于CdTe或CIGS (铜-锢-镓-硒)或基于聚合物。
[0014]在根据本发明的屏幕中，所述表面元件有利地设置成以便对于与对设备规定的使用吻合的指定观测距离，所述屏幕的使用者(观测者)的右眼只能看到第一组像素，且其左眼只能看到第二组像素，所述第一组像素与所述第二组像素不同，且每组像素都可以呈现不同的影像，以便有利于由所述像素阵列呈现的凸起的印象(更确切地说是视觉感)或三维影像(或影像)。在此情况下，没有被观测者的任一只眼睛观测到的像素被表面元件所隐藏。对于其能够观测到立体3D效果的此观测距离取决于设备所规定的用途；例如，对于用于手提设备(移动电话、微型电视屏幕)的屏幕，此距离典型地为大约20-60cm之间，对于手提电脑屏幕典型地为大约30-80cm之间，对于客厅用大尺寸电视机的屏幕，该距离为大约2-5米之间。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1-4示意地示出了本发明的某些实施方式，但本发明不局限于这些实施方式。显然，所有的实施方式以及其任意变型可以彼此间互相结合。对于显示屏幕的运行必不可少但对于技术人员来说熟知的某些元件未在这些图中示出，尤其是场效应晶体管层，其对于液晶屏中成像是必须的。
【具体实施方式】
[0016]图1示意地示出了本发明的第一个实施方式，在此称之为“平层”式实施方式。图1示出了根据本发明所述的显示屏的横切面。根据本发明所述的显示屏I包括通过平直光源2的背光像素4的阵列3，和至少部分地吸收可视光线且阻光的表面元件6的网5。所述表面元件6的网5与屏幕I的平面平行设置且位于像素4的阵列3与观测者8之间。所述表面元件6定位成使得其限定由像素4代表的影像的输出角度α，该输出角度α相对于屏幕的垂直方向限定。如图1中的右上部的插图所示，每个表面元件6 (或至少表面元件6的一部分)包括设于至少一个表面上的至少一个光伏电池7。在图1的示例中，其为由背光像素4的阵列3照亮的表面。在该实施方式的第一个变型中，光伏电池7位于所述表面元件6的反面上，即位于朝向观测者8的前表面上。在该实施方式的第二个变型中，至少在所述表面元件6的两个表面上设有光伏电池7，例如在被像素4的阵列3照亮的后表面上和在朝向观测者8的表面上，和/或在两个侧表面上或这两个侧表面的其中一个表面上。平直光源2可以是散光光片。在该实施方式的一个变型中，像素4的阵列3不是通过光源2的背光，而是每个像素4本身构成光源，例如通过电致发光。
[0017]在图1的示例中，表面元件6是平着设置在网5的平面中的层，这些层平行与屏幕I的平面构成网5。更准确地说，通常由其长度方向(也被称为长度)χ、宽度y和厚度ζ定义的层6设置成其宽度I平行于网5的平面。通常，所述表面元件6，16可以包括光伏电池7或可以构成光伏电池(这种实施方式未在图中示出)。
[0018]图2示意地示出了本发明的第二个实施方式(在此称之为“站立层”式实施方式)，这种实施方式与第一种实施方式的区别在于如下事实，即表面元件16是设置成其长度X与屏幕I的平面平行，且其宽度y在穿过屏幕I的平面的方向、且优选在垂直于屏幕I的方向上延伸的层。如图2中右上角的插图所示，每个表面元件16在其至少一个表面上包括至少一个光伏电池7，更确切地说，是在至少一个沿着由表面元件16的宽度和长度构成的平面上延伸的表面上，优选地是在两个上述定义下的表面上包括至少一个光伏电池7。
[0019]图3示意地示出了(以透视视角)另一个“站立层”式的实施方式，其中表面元件26的截面是梯形的。通常，在“站立层”式实施方式中，用于设置光电池的表面大于“平层”式实施方式中用于设置光电池的表面，且其立体3D效果通常将更加鲜明，即角度α将更小。
[0020]在根据本发明所述的屏幕I中，优选地为层状且更优选地使用“站立层”式的实施方式的表面元件6、16、26的网5可以获得与已知类型的隐私屏幕(英语为PrivacyScreen)相同的效果(所述隐私屏幕例如在专利EP0563241B1 (明尼苏达矿业与制造公司)、专利申请W02007/106285 (3M创新产权公司)和专利申请US2008/0088905 (NECLCD技术有限公司)中均有阐述)。
[0021]这就是说角度α可以固定到一个值，使得相对于垂直于屏幕的轴线以一定距离定位的观测者8将不再看到像素，像素完全地被表面元件6，16，26所隐藏。角度α取决于设备规定的几何学特征，尤其是表面元件6，16，26的网5与像素4的阵列3之间的距离，表面元件6，16，26的形状和方向以及两个表面元件6，16，26之间的距离。
[0022]根据本发明所述的屏幕I的特别有意义的应用在于，影像的准三维(或至少是凸起的)视觉(或更确切地说是感知)由像素4的阵列3所产生。事实上，可以将所述表面元件设置成使得在距屏幕I 一定的距离上，位于屏幕I前方的观测者8的左眼10只能看到构成第一影像的像素4a的第一部分Ρ1，且其右眼9只能看到至少部分地与像素的第一部分Pl不同的对应于第二影像的像素4b的第二部分P2。像素的每个部分P1、P2(或组)可以代表不同的影像，从而有利于观测者8的凸起视觉感。
[0023]这样，根据本发明所述的屏幕I可以为多种类型的屏幕和便携电子设备的多种应用场合进行转化。
[0024]通常，表面元件6，16，26可以具有各种各样的形状。例如，它们可以是平行六面体(如图1和2所示)，但其截面也可以是圆形、椭圆形和/或带有至少3个边的多边形(如图3所示)，或采用其他的形状。如图4所示，通过对像素4的宽度、像素4的阵列3与表面元件6的网5之间的距离以及采用的表面元件6的宽度y的选择，可以根据需要来改变角度α。
[0025]光伏电池7可以采用任何已知且合适的薄层技术。尤其是，在“站立层”式实施方式中，优选使用具有对弱光具有良好转换率的电池(例如基于无定形硅或微晶硅的电池)，因为所述电池主要捕获发散光，而在“平铺式”实施方式中，电池主要捕获直射光。
[0026]通常，像素4不需要都在同一个平面上，而是可以将其设置在几个大致平行的平面上。根据技术人员已知的技术，可以将像素4细分成格以实现彩色显示，例如将每个像素细分成红、绿和蓝色的三个格。
[0027]根据本发明所述的屏幕I可以包括优化其特性或适合于某些特殊应用的其他元件。例如，可以包括设置在表面元件6，16，26的网5与观测者8之间的防反射层或板。也可以包括一个或若干个以下元件:彩色滤光片、偏振滤镜、光扩散器、保护层。屏幕I也可以是软屏幕。
[0028]在所有的实施方式中，在其中至少一个表面上设有光伏电池7的表面元件6，16，26的网5可以被至少一个保护层(未示出)所保护，保护层可以是硬的或软的，连续的或不连续的。例如，保护层可以是聚合物膜，优选地为设置在所述网5上的外表面上设有抗反射表面的膜，和/或至少设置在光伏电池7的外表面上的薄层。
[0029]在本发明未示出的【具体实施方式】中，表面元件6，16，26的网5构成可贴在数字显示屏上的整体以形成如上所述的具有立体3D效果的数字显示屏I。更具体地说，此整体可以由透明膜构成，优选地为软膜或半硬膜，其材质典型地为聚合材料，在所述整体上设有所述表面兀件6,16的网5,所述表面兀件6,16的网5在至少其中一个表面上包括光伏电池7，该表面可以如上所述通过保护层进行保护，保护层可以是例如表面镀层(薄层)或软膜。在此被称之为“立体3D效果光伏膜”的整体可以例如通过胶粘被贴合并固定在数字显示屏外表面上。此外表面优选地是平滑的；此平面可以是平坦的或凸肚形的，硬的或软的。此立体3D效果光伏膜也可以包括电极(图中未示出)，电极典型地呈薄膜形式，其对于光伏电池之间的连接和电流收集来说是必须的。
[0030]通过使用根据本发明所述的光伏膜制造立体3D效果数字显示屏I的方法包括以下步骤:准备包括平滑外表面的数字显示屏，准备根据本发明所述的立体3D效果光伏膜，将所述光伏膜优选地通过胶粘贴合并固定在数字显示屏上从而形成立体3D效果数字显示屏I。在将膜贴合在屏幕的外表面上之后，将3D光伏膜的电极和屏幕的电源元件之间进行电连接，从而使得由光伏电池7生成的电能能够对其中包括本发明所述的屏幕的便携或固定的电子设备进行电供给。此电源可以是直接电源也可以是间接电源(通过对电能储存设备进行充电，例如可再充电电池或电容)。
[0031]根据本发明所述的立体3D效果数字显示屏I可以包括在固定或便携的电子设备中；此设备构成本发明另一个主题。
【权利要求】
1.一种具有立体3D效果的显示装置(I)，包括: (a)分成形成第一影像的第一组像素(Pl)与形成第二影像的第二组像素(P2)之间的像素(4a，4b)的阵列(3)，和 (b)至少部分地吸收可视光线的表面元件(6，16，26)的网(5)，所述网(5)与显示装置(I)平行且设置在观测者(8)和像素(4a，4b)的阵列(3)之间，所述显示装置(I)的特征在于，所述表面兀件(6,16,26)包括设置在至少其中一个表面之上的光伏电池(7),且所述表面元件(6，16，26)设置成以便限定所述第一和所述第二影像之间的输出角度(α)，且所述表面元件(6，16，26)设置成以便对于一定的观测距离，所述显示装置(I)的观测者(8)的右眼(9)只能看到所述第一影像，且其左眼(10)只能看到所述第二影像，从而有利于由所述像素(4a，4b)的阵列(3)呈现的图像(s)的凸起或三维视觉。
2.根据权利要求1所述的显示装置(I)，其特征在于，设有光伏电池(7)的所述表面元件(6，16，26)设置成以便限定第一和第二影像的输出角度(α)，其为大致在几度至30度之间的角度。
3.根据权利要求1或2所述的显示装置(I)，其特征在于，所述装置(I)呈通过位于像素⑷的阵列⑶之后的光源⑵由背光像素⑷的阵列⑶形成的屏幕⑴的形式。
4.根据权利要求1或2所述的显示装置(I)，其特征在于，所述显示装置(I)呈由电致发光像素(4)的阵列(3)形成的屏幕(I)的形式。
5.根据权利要求1或2所述的显示装置(I)，其特征在于，所述显示装置(I)呈由被环境光照亮的像素(4)的阵列(3)形成的影像介质(I)的形式。
6.根据上述权利要求之一所述的显示装置(I)，其特征在于，至少部分地吸收可视光线的所述表面元件(6，16，26)是阻光的。
7.根据权利要求1到6的其中一项所述的显示装置(I)，其特征在于，所述表面元件(6，16，26)呈具有大致平行六面形、圆形、椭圆形和/或至少有三个侧边的多边形的截面的层的形式。
8.根据权利要求1到7的其中一项所述的显示装置(I)，其特征在于，所述表面元件(6.16.26)设置成以便其长度X与屏幕(I)平行且其宽度y在穿过屏幕(I)的方向，且优选在垂直于屏幕(I)的方向上延伸。
9.根据权利要求1到8的其中一项所述的显示装置(I)，其特征在于，所述表面元件(6.16.26)设置成以便形成平行网络，所述表面元件(6，16，26)的长度x之间是平行的。
10.根据权利要求1到8的其中一项所述的显示装置(I)，其特征在于，所述光伏电池(7)设置在所述表面兀件(6,16, 26)的表面上,这些表面在由所述表面兀件(6,16,26)的长度z和宽度X形成的平面上延伸。
11.根据权利要求1到9的其中一项所述的显示装置(I)，其特征在于，所述光伏电池(7)是基于无定形或微晶硅、基于CdTe或CIGS的薄层电池。
12.根据权利要求1到11的其中一项所述的显示装置(I)，其特征在于，在其中至少一个表面上包括光伏电池(7)的表面元件出，16，26)的网(5)包括至少一个保护层，所述保护层可以是硬的或软的，连续的或不连续的。
13.根据权利要求12所述的显示装置(I)，其特征在于，所述保护层是设置在所述网(5)上的在其外表面上设有抗反射表面的聚合物膜，和/或至少设置在光伏电池(7)的外表面上的薄层。
14.用于制造根据权利要求1到13的其中一项所述的显示装置(I)的具有立体3D效果的光伏膜，其包括优选地是软的或半硬的透明膜，且所述透明膜包括在至少一个表面上包括光伏电池(7)的表面兀件(6,16)的网(5)。
15.根据权利要求14所述的光伏膜，其特征在于，所述光伏电池(7)被至少一层保护层所保护，所述保护层可以是连续的或不连续的。
16.根据权利要求1到13的其中一项所述的显示装置(I)的制造方法，其中包括准备包括平滑外表面的显示装置，尤其是数字显示屏，准备根据权利要求12或13所述的立体3D效果光伏膜，将所述光伏膜优选地采用胶粘的方式固定在所述显示装置上从而形成具有立体三维效果的显示装置(I)。
17.包括根据权利要求1到13的其中一项所述的显示装置(I)的固定或便携电子设备。`
【文档编号】H04N13/04GK103688210SQ201280007282
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年1月30日 优先权日:2011年1月31日
【发明者】J·吉尔贝 申请人:怀西普斯公司