CN201984173U - 具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片及其显示装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭露了一种具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片及其显示装置，该彩色滤光片基板的其中一面上形成有透明薄膜太阳能电池，可接收外界光源生成电力。该彩色滤光片基板的另一面上则形成有色彩矩阵，可过滤来自背光模块的光使其呈现所需的色彩。本实用新型更揭露了一种具有上述彩色滤光片的显示装置，其可透过该彩色滤光片来生成额外电能供其自身使用。
Description
技术领域
本实用新型与一种彩色滤光片有关。具体言之，其是关于一种具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片，可将外部光源转换成电能供显示装置使用。
背景技术
彩色滤光片是现今多数的平面显示器得以由灰阶变为彩色的关键零组件，其可反射滤除不想要的光线波段，留下预定的小范围波段(如R/G/B红绿蓝等三原色光)，以精确表现出光线的色彩。以液晶显示器(LCD)为例，其内部的背光模块会提供背光源(通常为白光)作为影像光的来源，再搭配驱动IC与液晶形成灰阶控制，具备灰阶表现的影像光之后会穿过彩色滤光片的彩色光刻胶层(或R/G/B色彩矩阵)以呈现出预定的全彩画面。
彩色滤光片目前广泛的应用在薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)、超扭转向列型液晶显示器(STN-LCD)、以及等离子显示器(PDP)等平面显示器面板上。在上述应用中，彩色作为平面显示器的上层衬底，其设置有色彩矩阵(colormatrix)的一面会朝向显示器的发光源或背光模块；另一面则为显示器的出光面，其上并无其他层结构形成。
上述已知的彩色滤光片与平面显示器一般仅具有显示彩色影像的功能，随着太阳能科技的蓬勃发展以及环保意识的抬头，本实用新型的创作人立意在不改变及牺牲传统彩色滤光片与显示装置的结构设计及效能的创作基础下，遂特以开发出一种结合透明薄膜太阳能电池与彩色滤光片两者的创新彩色滤光片，以及使用该彩色滤光片的显示装置，期通过本案的提出贯彻利用干净再生能源的环保节能理念。
实用新型内容
本实用新型揭露了一种具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片及其显示装置，该彩色滤光片基板的其中一面上形成有透明薄膜太阳能电池，可接收外界光源生成电力。该彩色滤光片基板的另一面上则形成有色彩矩阵，其可过滤来自影像光源或背光模块的光使其呈现所需的色彩。本实用新型更揭露了一种具有上述彩色滤光片的显示装置，该彩色滤光片在显示装置中作为一上层衬底，显示装置可通过该彩色滤光片来生成额外电能供其自身使用。
本实用新型的目的在于提供一种具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片，其同时具备过滤光线产生全彩色光以及经由光电转换产生电能的功能。
本实用新型的另一目的在于提供一种具有上述彩色滤光片的显示装置，其于显示装置的使用期间与非使用期间皆可透过该彩色滤光片生成额外电力供其自身使用，不会影响到原有的影像呈现。
为上述目的，本发明提供一种具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片，其包括：一透明基板，具有一第一表面与第二表面；一透明薄膜太阳能电池，形成在所述透明基板的第一表面上；多个色彩矩阵，形成在所述透明基板的第二表面上。
为上述目的，本发明还一种具有透明薄膜太阳能电池的显示装置，其包括：一透明面板；一彩色滤光片，所述彩色滤光片具有色彩矩阵的一面与所述液晶面板相对，另一面上则形成有透明薄膜太阳能电池；一液晶层，嵌设于所述第一基板与所述第二基板之间；及一背光模块，设置在所述透明面板相对于彩色滤光片的另一侧。
具有上述功能的该显示装置可适用于市面上多数电子装置的显示屏幕，如桌上型电脑、笔记本电脑、手持装置，如移动电话、数字摄影机、个人数字助理(PDA)、全球定位系统(GPS)...等电子装置的显示屏幕，其应用面可谓相当广泛。在参阅下述详细的实施方式及相关的附图与权利要求后，阅者更 能了解本实用新型其他的目的、特征、及优点。
附图说明
参阅后续的附图与描述将可更了解本实用新型的系统及方法。文中未详列暨非限制性的实施例则请参考该后续附图的描述。附图中的组成元件并不一定符合比例，而是以强调的方式描绘出本实用新型的原理。在附图中，相同的元件于不同附图中标出相同对应的部分。
图1为根据本实用新型实施例一具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片的截面图；及
图2为根据本实用新型实施例一具有彩色滤光片的液晶面板的截面图。
附图标号
100 彩色滤光片 102 透明基板
104 第一表面 106 第二表面
110 透明薄膜太阳能电池层 112 第一透明电极层
114 光电转换层 116 第二透明电极层
120 彩色滤光层 122 保护层
124 透明电极 150 液晶面板
152 背光模块 154 偏光片
156 透明基板 158 液晶分子
159 空间 160 封框
162 透明电极 164 配向膜
166 配向膜 168 偏光片
具体实施方式
现在请参照图1，其为根据本实用新型实施例一具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片的截面图，图中描绘出该彩色滤光片各层的组成结构。如图所示，本实用新型的彩色滤光片100是由数层结构重叠而成，其主体为一位于中间的透明基板102。该透明基板102作为彩色滤光片100的衬底，其以具有结构强度的透明材质(如透光性高的透明玻璃或塑胶等)制成以支撑彩色滤光片100并让光线得以穿透。透明基板102的上下两面为一第一表面104与一第二表面106，其上分别覆有本实用新型彩色滤光片100的透明薄膜太阳能电池层110与彩色滤光层120。透明薄膜太阳能电池层110可进行光电转换将外界入射的光线转换成电能供装置使用，而彩色滤光层120则可以过滤来自显示面板的光(如背光模块发出的光)使其呈现出色彩。以下将分别说明透明薄膜太阳能电池层110与彩色滤光层120细部的结构。
续参照图1，透明薄膜太阳能层110主要由一第一透明电极层112、一光电转换层114、及一第二透明电极层116等三个子层重叠而成。该第一透明电极层112作为透明薄膜太阳能电池层110的下导电层，其与下方的透明基板102邻接，可将薄膜太阳能电池区110生成的电能导出，同时须得让来自彩色滤光层120的影像光透入，故须具备高透光率及低片电阻(sheet resistance)等特性。第一透明电极层112一般为透明导电氧化物(TCO，TransparentConducting Oxide)，其材质包括但不限定于氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)、氧化锡系的掺锑氧化锡(ATO，Antimony-doped Tin Oxide)与掺氟氧化锡(FTO，Fluorine-doped Tin Oxide)、氧化锌系的掺铝氧化锌(AZO，ZnO:A1)与掺镓氧化锌(GZO，ZnO:Ga)、导电性高分子(PEDOT)、以及银等。在实施例中，第一透明电极层112可采用溅射工艺(sputter)镀覆在透明基板102的第一表面104上，其厚度约介于数百纳米(nm)之间。
光电转换层114为透明薄膜太阳能电池层110中进行光电转换的主动区域，其可将由外界入射的光(如太阳光、照明光等)转换成电能。视所采用透明薄膜太阳能电池种类的不同，该层材质亦会不同，其包括但不限定于非晶硅(a-Si)、微晶硅(μ-Si)、化合物半导体，如CdS(硫化镉)、CdTe(锑化镉)、 CIS(CuInSe2，铜铟硒化物)、CIGS(Cu(In，Ga)Se2，铜铟镓硒化物)、色素敏化染料(DSSC，Dye-Sensitized Solar Cell)等类型的薄膜太阳能电池。光电转换层114的厚度与形成方式视其所采用的材质而定，在本实用新型实施例中，该光电转换层114可以等离子辅助化学气相沉积(PECVD)、溅射、或蒸发等方式形成在上述第一透明电极层112上，其厚度约介于0.5～10微米(μm)之间。
除了上述的第一透明电极层112外，光电转换层114的另一面上尚形成有一第二透明电极层116，作为透明薄膜太阳能电池的另一电极，其材质与第一透明电极层112类似，包括但不限定于氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)、氧化锡系的掺锑氧化锡(ATO，Antimony-doped Tin Oxide)与掺氟氧化锡(FTO，Fluorine-doped Tin Oxide)、氧化锌系的掺铝氧化锌(AZO，ZnO:Al)与掺镓氧化锌(GZO，ZnO:Ga)、导电性高分子(PEDOT)、以及银等。该第二透明电极层116可以溅射(sputter)方式形成在光电转换层114上方，其厚度约介于数百纳米(nm)之间。第二透明电极层116为透明薄膜太阳能电池层110的表层，故其上须盖覆一保护层来保护第二透明电极层116不受外界损伤。在本实施例中，该保护层可为液晶面板用的外偏光片(polarizer)或是胶合膜，其将于后续的实施例中描述。
上述的实施例为描述本实用新型彩色滤光片100的透明薄膜太阳能电池层110，以下将进行本实用新型彩色滤光片100的彩色滤光层120的细部结构描述。如图1所示，本实用新型彩色滤光片100的彩色滤光层120形成在透明基板102上相对于透明薄膜太阳能电池层110的第二表面106上，其是由多个色彩矩阵(color matrix)所组成，其中包括了彩色矩阵区(R/G/B)与黑色矩阵区(BM)交替配置而成，其中黑色矩阵区(BM)作为彩色滤光片的防反射遮光层，可阻挡来自显示装置的光(如来自背光模块)不穿过彩色滤光片。具有透光性的红、绿、蓝三原色彩色矩阵区(R/G/B)则可透过驱动IC加以控制以过滤穿过来自显示装置的光使其变为所需的颜色，以呈现出一整体的影像。上述色彩矩阵是以彩色光刻胶(color resist)形成，其可采用颜料分散法(pigment disperse)、反转式印刷(reverse printing)、或喷墨列印法(ink jet)等方式在透明基板102上图形阵列化。须注意上述R/G/B的色彩矩阵排列方式仅为本实用新型的其中一种实施态样，在其他实施例中，其亦可能呈R/G/B/W等其他的色彩矩阵排列态样。
视需求而定，上述彩色滤光片的色彩矩阵区(包括R/G/B/BM)上会进一步涂布一层平滑的保护层(overcoat)122使色彩矩阵表面平坦化并保护该色彩矩阵区。在实施例中，该保护层122上还会以溅射方式形成一层透明导电层124，作为显示装置的上部透明电极之用，其材质与第一透明电极层112及第二透明电极层116类似，包括但不限定于氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)、氧化锡系的掺锑氧化锡(ATO，Antimony-doped Tin Oxide)与掺氟氧化锡(FTO，Fluorine-doped Tin Oxide)、氧化锌系的掺铝氧化锌(AZO，ZnO:Al)与掺镓氧化锌(GZO，ZnO:Ga)、导电性高分子(PEDOT)、以及银等。
上述本实用新型具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片100可应用在需要使用彩色滤光片100组件的显示应用中，如薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)、超扭转向列型液晶显示器(STN-LCD)、或等离子显示器(PDP)，作为其组成元件之一。现在请参照图2，其为根据本实用新型实施例一具有彩色滤光片100的液晶面板150的截面图，其描绘出液晶面板150各层的组成结构。在本实用新型中，前述彩色滤光片100部位作为液晶面板150整体的上方衬底，其与一作为下方衬底的下透明基板156一起定义出一容置液晶分子158的空间159。彩色滤光片100与下透明基板156之间会以一封框(sealframe)160相隔并将注入液晶分子158的空间159密封。该下透明基板156上会形成一层透明导电层作为液晶面板150下部透明电极(即像素电极pixelelectrode)162，而其位于彩色滤光片100上相对应的透明电极124则作为液晶面板150上部电极(即共同电极common electrode)。该两透明电极124与162可以外加电场来决定空间159中液晶分子158的倾斜角，以控制透过的背光源光量(即决定影像像素的灰阶值gamma)。该两透明电极124与162上分别镀 覆有一层配向膜(alignment layer)164与166，以控制液晶分子158扭转期间的配列。
下面将说明具有本实用新型彩色滤光片的显示装置的运作。如图所示，在本实施例中液晶面板150是由一背光模块152提供背光源(BL，back light)作为显示装置的影像光来源。上述背光源BL首先会经过一下偏光片154将不具偏极性的自然光转变为偏极光(PL，polarized light)，使透过的光线可用外加电场来控制以获得视觉上明暗的变化。偏极光PL之后会经过下透明基板156进入液晶分子158空间159。视液晶分子158的扭转角度而定，通过的偏极光PL会呈现不同的灰阶表现而来到显示装置的彩色偏光片100部位。透过彩色滤光片上色彩矩阵的过滤，通过的偏极光PL会被过滤成预定、由三原色(R/G/B)所组成的色彩光，而整体呈现出一彩色影像。最后，彩色滤光片100最外层的第二透明电极层116上会盖覆一上偏光片168，来转换输出光的极性并保护该彩色滤光片100的表层。
上述实施例说明本实用新型具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片作为一上层衬底整合入显示面板的制作流程，须注意实施例中的透明薄膜太阳能电池层110(图1)除了可如实施例般先行制作在彩色滤光片上，其亦可在显示面板制作完成后才开始制作。以TFT-LCD的制作为例，中段的Cell工艺会完成彩色滤光片基板与下部玻璃基板的结合以及液晶分子的注入，形成一组装前的液晶面板。此时，可在组装前的液晶面板表侧上形成本实用新型的透明薄膜太阳能电池层110，再进行后续组合偏光片、背光模块、框体的后段模块组立工艺(module assembly)。
本实用新型具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片的优点在于在彩色滤光片过滤光线、呈现影像的同时，其亦可接收从外部入射的光(如太阳光、照明光等)进行光电转换，以生成额外的电能供与显示装置(如液晶面板150)使用。如此，在显示装置的使用期间(一般在有光照的环境下)，其不会影响显示装置自身的影像表现，又同时可生成电力供显示装置使用，以节省显示装置 的能耗。而在显示装置未作动的情况下，本实用新型的彩色滤光片亦可持续接收外界光能将其预存在一电力储存单元中，以供后需显示装置之用。特别是长时间置于光照环境的情况下，其可生成暨节省相当可观的电能，可谓符合现今节能减碳的环保诉求。
文中所述的实施例与附图供予阅者，其对于本实用新型各不同实施例结构有通盘性的了解。该些附图与说明并非意欲对利用此处所述结构或方法的装置与系统中的所有元件及特征作完整性的描述。于参阅本实用新型揭露书中，本领域的技术人员将更能明白本实用新型许多其他的实施例，其得以采由或得自本实用新型的揭露。在不悖离本实用新型范畴的情况下，实用新型中可以进行结构与逻辑的置换与改变。此外，其附图仅用于呈具而非按比例所绘制。附图中的某些部分可能会被放大强调，而其他部分可能被简略。据此，本实用新型的揭露与附图理视为描述而非限制性质，并将由权利要求来限制。
Claims (7)
1.一种具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片，其特征在于，所述的具有透明薄膜太阳能电池的彩色滤光片包括：
一透明基板，具有一第一表面与第二表面；
一透明薄膜太阳能电池，形成在所述透明基板的第一表面上；
多个色彩矩阵，形成在所述透明基板的第二表面上。
2.如权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于，所述透明薄膜太阳能电池包括一第一透明电极层、一第二透明电极层、及一介于所述第一透明电极层与第二透明电极层两者之间的光电转换层，所述第一透明电极层与第二透明电极层的其中一者形成在所述透明基板的第一表面上。
3.如权利要求2所述的彩色滤光片，其特征在于，所述光电转换层的材质为非晶硅、微晶硅、硫化镉、锑化镉、铜铟硒化物、铜铟镓硒化物、或色素敏化染料。
4.如权利要求2所述的彩色滤光片，其特征在于，所述第一透明电极层与所述第二透明电极层的材质为氧化铟锡、掺锑氧化锡与掺氟氧化锡、氧化锌系的掺铝氧化锌与掺镓氧化锌、导电性高分子、或银。
5.一种具有透明薄膜太阳能电池的显示装置，其特征在于，所述的具有透明薄膜太阳能电池的显示装置包括：
一透明面板；
一彩色滤光片，所述彩色滤光片具有色彩矩阵的一面与所述液晶面板相对，另一面上则形成有透明薄膜太阳能电池；
一液晶层，嵌设于所述第一基板与所述第二基板之间；及
一背光模块，设置在所述透明面板相对于彩色滤光片的另一侧。
6.如权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述的具有透明薄膜太阳能电池的显示装置还包括一偏光片覆盖在所述透明薄膜太阳能电池上以保 护所述透明薄膜太阳能电池。
7.如权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置为薄膜晶体管液晶显示器、超扭转向列型液晶显示器、或等离子显示器。
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