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WO2015040289A1 - Dispositif d'affichage reflectif et photovoltaique - Google Patents

Dispositif d'affichage reflectif et photovoltaique Download PDF

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WO2015040289A1
WO2015040289A1 PCT/FR2014/000211 FR2014000211W WO2015040289A1 WO 2015040289 A1 WO2015040289 A1 WO 2015040289A1 FR 2014000211 W FR2014000211 W FR 2014000211W WO 2015040289 A1 WO2015040289 A1 WO 2015040289A1
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WO
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polarizer
light
photovoltaic
polarization
reflective
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Application number
PCT/FR2014/000211
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English (en)
Inventor
Jöel GILBERT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sunpartner Technologies SAS
Original Assignee
Sunpartner Technologies SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Sunpartner Technologies SAS filed Critical Sunpartner Technologies SAS
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    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • Photovoltaic surfaces are used to produce electricity from ambient light, which makes it possible to supply energy, at least partially, to certain appliances used in our daily life. It is interesting to integrate photovoltaic surfaces in the surface of the electronic screens so as to generate an electric current able to supply electricity to these screens.
  • screens that are reflective, or transflective, that is both reflective and emissive there are already devices that include photovoltaic surfaces. These screens emit bright images composed of pixels like LCD, LED, OLED, PLASMA, LASER, and contain surface elements that have the property of reflecting the ambient light in order to increase the brightness of the pixels.
  • transflective polarizer is defined here by a surface that has the property both of polarizing the light that passes through it and of polarizing the light that is reflected by this surface.
  • the polarization planes of the transmitted light and the light reflected by a transflective polarizer are perpendicular.
  • the transflective polarizer is often composed of a network of electrically conductive metal strips, such as for example silver, aluminum, copper, carbon or graphene, these strips being parallel to one another with thicknesses, widths and thicknesses. spacings that are less than the wavelength of visible light, so less than 400 nm.
  • each pixel comprises:
  • the reflection by the second polarizer will be 100% and the transmission of 0%.
  • the reflection by the second polarizer will be 0% and the transmission of 100%.
  • the colored pixels are crossed on the one hand by an artificial light emitted behind the pixels that passes through said pixels from the back to the front, and on the other hand by the ambient light that passes through said pixels first from the front to the back, and then this light is reflected by a mirror surface that redirects the light from the back to the front of the pixels.
  • the brightness of the pixels is controlled individually by a first polarizer placed in front of the pixel, by a second reflective polarizer and by an optoelectronic device such as a transparent liquid crystal placed between the two polarizers, and which rotates the polarization plane of the light to control the absorption of said light by said polarizers.
  • Pixel brightness control is also done at the same time by controlling the portion of light that passes through said pixels through those of the surfaces of the second polarizer that are transparent.
  • the liquid crystal rotates the plane of polarization of the light that comes from behind so that a larger portion of this polarized light is absorbed by the polarizer of the front.
  • the liquid crystal rotates the plane of polarization of the light that comes from behind so that a greater part of this polarized light passes through the polarizer of the front and then out to the observer.
  • the pixels according to the invention are illuminated by the front on the one hand by the ambient light and on the other hand by lateral illumination on the screen whose emission light is guided and distributed over the entire front surface of the screen propagating in the thickness of a transparent plate disposed in front of said screen.
  • part of the light emitted by the side lighting will therefore be absorbed by the photovoltaic cells and will produce electrical energy that can be stored in a battery and / or that can supply at least some of the lamps of the side lighting.
  • Figure 1 is a sectional diagram of the various components of the device when it is in total reflection mode.
  • Figure 2 is a sectional diagram of the various components of the device when it is in total transparency mode.
  • Figure 5 is a sectional diagram of the device when it is illuminated from the front by a light guided by a transparent plate.
  • the portion of light (14) received on average by the photovoltaic cell (8) will therefore depend on the average brightness of the images that will be displayed, namely that the more the images will comprise dark pixels and the more light (14) received by the photovoltaic cell (8) will be important.
  • the polarization axes of the three polarizers are preferably positioned so that the polarization axes of the first polarizer (1) and the second polarizer (2) are perpendicular and for the polarization axes of the first polarizer (1) and the third polarizer ( 9) are parallel, so that when the liquid crystal is not active ( Figure 3, 21a) the ambient light (11) is reflected (12a) by the second polarizer (2) and the light (13a) emitted by the retro lighting
  • the activation of the liquid crystal (21b) causes both the darkening (12b) of the ambient light (11) and the reduction of the light (13b) of the backlight (10). which effectively controls the brightness of the pixel regardless of the ambient brightness.
  • FIG. 5 illustrates a particular embodiment in which a light source (16) is injected into the thickness of a transparent plate (17) which is positioned on the front of a photovoltaic reflective display screen according to FIG. invention. Only three juxtaposed devices having red (R) green (V) and blue (B) color filters have been drawn in this figure.
  • One of the faces of the transparent plate is optically structured, for example by a network of scratches, lenses or prisms (not shown) so as to bring out the light (24) which propagates in the thickness of the plate (17). ) to the front of the screen pixels.
  • the invention meets the goals set by allowing to integrate in a reflective or transflective display screen a larger photovoltaic surface without changing the visual quality of the images displayed.

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Abstract

Dispositif pour commander la luminosité et la transparence d'un ou de plusieurs pixels d'un système d'affichage, dans lequel chaque pixel comprend un premier polariseur rectiligne (1) de type transmissif, présentant un premier axe de polarisation de la lumière et disposé devant les pixels sur le trajet optique; un deuxième polariseur rectiligne (2) de type transflectif, présentant un second axe de polarisation de la lumière, et disposé derrière le premier polariseur; une surface photovoltaïque (8), disposée derrière ledit deuxième polariseur; un moyen optoélectronique (21a, 21b) apte à modifier le plan de polarisation de la lumière qui le traverse, de manière à faire varier d'une part la quantité de lumière qui va traverser le second polariseur et éclairer ladite surface photovoltaïque et d'autre part la quantité de lumière qui va être réfléchie par le second polariseur pour ressortir du pixel; un troisième polariseur (9) et une source de lumière de rétro éclairage (10) placée derrière ledit troisième polariseur, de sorte qu'une partie de la lumière (13a, 13b) émise par la source de rétro éclairage (10) se polarise en traversant le troisième polariseur (9), puis traverse successivement ledit moyen optoélectronique (21a, 21b) et ledit premier polariseur (1).

Description

DISPOSITIF D'AFFICHAGE REFLECTIF ET PHOTOVOLTAIQUE
La présente invention se rapporte aux écrans d'affichage électronique qui utilisent des pixels réflectifs éclairés par la lumière ambiante et qui produisent aussi de l'électricité photovoltaïque.
ETAT DE LA TECHNIQUE Les surfaces photovoltaïques servent à produire de l'électricité à partir de la lumière ambiante ce qui permet d'alimenter en énergie, au moins partiellement, certains appareils utilisés dans notre quotidien. Il est intéressant d'intégrer des surfaces photovoltaïques dans la surface des écrans électroniques de manière à générer un courant électrique apte à alimenter en électricité ces écrans. Dans le cas des écrans qui sont de type réflectif, ou de type transflectif, c'est-à-dire à la fois réflectif et émissif, il existe déjà des dispositifs qui comprennent des surfaces photovoltaïques. Ces écrans émettent des images lumineuses composées de pixels de type LCD, LED, OLED, PLASMA, LASER, et contiennent des éléments de surface qui ont la propriété de réfléchir la lumière ambiante afin d'augmenter la luminosité des pixels. L'intégration de surfaces photovoltaïques dans ce type d'écran se fait généralement en positionnant lesdites surfaces photovoltaïques entre les éléments émissifs, par exemple dans les espaces inter pixels, ou bien sur une partie des surfaces réfléchissantes. Dans le premier cas les espaces inter pixels sont très réduits, ce qui limite la surface photovoltaïque globale et donc la production d'électricité. Dans le second cas, il y a diminution de la surface réfléchissante donc diminution de la luminosité des images.
On connaît également de par le document JPH 1144884 A un système optique transflectif utilisant deux polariseurs superposés, ainsi qu'un élément photovoltaïque au-dessus duquel se trouve un organe d'éclairage. De ce fait, les éléments photovoltaïques obstrue en partie l'élément photovoltaïque du point de vue de la lumière ambiante incidente, ce qui réduit la production d'électricité par l'élément photovoltaïque, même lorsque les polariseurs sont agencés pour laisser passer un maximum de d'énergie lumineuse incidente.
BUT DE L'INVENTION
L'invention a pour but principal de pallier aux inconvénients précités en permettant d'intégrer des surfaces photovoltaïques importantes dans les surfaces réfléchissantes des écrans réflectifs ou transflectifs, tout en modifiant très peu la qualité visuelle des images produites par ce type d'écran.
RESUME DE L'INVENTION
On définit ici le terme «photovoltaïque» par la propriété qu'ont certains matériaux, ou association de matériaux, de transformer une partie de l'énergie lumineuse reçue, en énergie électrique, ce qui est le cas par exemple pour le silicium cristallin, amorphe, ou organique. Ces matériaux photovoltaïques sont par ailleurs reliés entre eux, et reliés à des composants extérieurs, par des connexions électriques connues de l'homme de métier et non décrites ici.
On définit ici le terme de « polariseur transflectif», par une surface qui a la propriété à la fois de polariser la lumière qui la traverse et de polariser la lumière qui est réfléchie par cette surface. En général les plans de polarisation de la lumière transmise et de la lumière réfléchie par un polariseur transflectif sont perpendiculaires. Le polariseur transflectif est souvent constitué d'un réseau de bandes métalliques conductrices électriquement, comme par exemple l'argent, l'aluminium, le cuivre, le carbone ou le graphène, ces bandes étant parallèles entre elles avec des épaisseurs, des largeurs et des espacements qui sont inférieurs à la longueur d'onde de la lumière visible, donc inférieurs à 400 nm.
Dans le cadre de la présente demande, les expressions devant, derrière, dessous, s'agissant de la disposition relative des éléments du dispositif selon l'invention, se réfèrent à l'ordre dans lequel ces éléments sont atteints par la lumière ambiante incidente sur la face du dispositif présentée à un observateur. L'invention a pour objet un dispositif pour commander la luminosité et la transparence d'un ou de plusieurs pixels d'un système d'affichage, dans lequel chaque pixel comprend :
- un premier polariseur rectiligne de type transmissif, présentant un premier axe de polarisation de la lumière et disposé devant les pixels sur le trajet optique ;
- un deuxième polariseur rectiligne de type transflectif, présentant un second axe de polarisation de la lumière, et disposé derrière le premier polariseur ;
- une surface photovoltaïque, disposée derrière ledit deuxième polariseur ;
- un moyen optoélectronique apte à modifier le plan de polarisation de la lumière qui le traverse, de manière à faire varier d'une part la quantité de lumière qui va traverser le second polariseur et éclairer ladite surface photovoltaïque et d'autre part la quantité de lumière qui va être réfléchie par le second polariseur pour ressortir du pixel,
- caractérisé en ce qu'il comporte en outre un troisième polariseur et une source de lumière de rétro éclairage placée derrière ledit troisième polariseur, de sorte qu'une partie de la lumière émise par la source de rétro éclairage se polarise en traversant le troisième polariseur, puis traverse successivement ledit moyen optoélectronique et ledit premier polariseur.
Le fait de positionner une cellule photovoltaïque sous un polariseur transflectif permet de créer une surface polarisante en partie réfléchissante et en partie transparente. La proportion de lumière réfléchie et la proportion de lumière transmise au travers dudit polariseur transflectif est une fonction qui est commandée par le plan de polarisation de la lumière incidente par rapport à l'axe de polarisation dudit polariseur.
La fraction de lumière qui traverse le polariseur transflectif illumine la surface photovoltaïque placée sous ledit polariseur transflectif et la fraction de lumière qui est réfléchie par le polariseur transflectif illumine le filtre coloré placé au dessus. Ce dispositif est particulièrement intéressant lorsqu'il est intégré dans les écrans électroniques composés de pixels réflectifs ou de pixels transflectifs. Ces écrans possèdent en effet des pixels qui contiennent des surfaces qui réfléchissent la lumière ambiante, ladite lumière ambiante ayant été polarisée une première fois par son passage au travers d'un premier polariseur. Le plan de polarisation de la lumière qui a traversé le premier polariseur est ensuite modifié par une commande électrique sur un cristal liquide ou de façon plus générale sur un composant optoélectronique que traverse la lumière. Typiquement, la lumière ainsi polarisée est réfléchie par des micro miroirs et de nouveau le plan de polarisation de la lumière est modifié par son passage au travers du dispositif optoélectronique tel qu'un cristal liquide par exemple, et enfin la lumière traverse de nouveau le premier polariseur avant de sortir du pixel vers l'observateur.
Par contre, lorsque la lumière polarisée par le premier polariseur frappe le polariseur transflectif qui est disposé à la place des micro miroirs utilisés dans les dispositifs connus, cette lumière polarisée aura un pourcentage de réflexion et un pourcentage de transmission par le second polariseur qui dépendra du plan de polarisation de ladite lumière.
Dans un cas extrême, lorsque le plan de polarisation de la lumière issue du premier polariseur sera perpendiculaire à l'axe de polarisation du polariseur transflectif, la réflexion par le second polariseur sera de 100% et la transmission de 0%. Et dans un autre cas extrême, lorsque le plan de polarisation de la lumière issue du premier polariseur sera parallèle à l'axe de polarisation du second polariseur transflectif, la réflexion par ce second polariseur sera de 0% et la transmission de 100%.
Des valeurs intermédiaires du plan de polarisation de la lumière donneront des valeurs intermédiaires quant aux pourcentages de réflexion et de transmission de ladite lumière au travers du second polariseur transflectif.
Dans le cas particulier où le premier polariseur et le second polariseur qui est transflectif ont leurs axes de polarisation parallèles, et lorsque le cristal liquide n'est pas actif donc ne modifie pas le plan de polarisation de la lumière, il y aura transmission totale de la lumière ambiante vers la surface photovoltaïque située sous le second polariseur transflectif.
Inversement, lorsque le cristal liquide modifie de 90° le plan de polarisation de la lumière issue du premier polariseur, alors il y aura réflexion totale de la lumière issue du premier polariseur, par le second polariseur. Dans l'autre cas particulier où le premier polariseur et le second polariseur transfiectif ont leurs axes de polarisation perpendiculaires, alors le phénomène de transmission totale de la lumière vers la surface photovoltaïque ou la réflexion totale de la lumière est inversé.
Par conséquent, lorsque le cristal liquide n'est pas actif donc ne modifie pas le plan de polarisation de la lumière, il y aura réflexion totale de la lumière issue du premier polariseur et la surface photovoltaïque située sous le second polariseur transfiectif ne recevra aucune lumière.
Inversement, lorsque le cristal liquide modifie de 90° le plan de polarisation de la lumière issue du premier polariseur, alors il y aura transmission totale de la lumière issue du premier polariseur à travers le second polariseur et vers la surface photovoltaïque recevra 100 % de la lumière.
Dans un cas particulier, le second polariseur transfiectif est dichroïque, c'est à dire qu'il ne réfléchit qu'une partie du spectre de la lumière qu'il reçoit et ne transmet qu'une autre partie du spectre. Dans ce cas le second polariseur fait office de filtre coloré, ce qui implique qu'il remplace les filtres colorés typiquement associés à ce genre de pixels.
Dans le cas des écrans transflectifs, les pixels colorés sont traversés d'une part par une lumière artificielle émise à l'arrière des pixels qui traverse lesdits pixels de l'arrière vers le devant, et d'autre part par la lumière ambiante qui traverse lesdits pixels tout d'abord du devant vers l'arrière, puis cette lumière est réfléchie par une surface miroir qui redirige la lumière de l'arrière vers le devant des pixels.
Dans ces deux cas la luminosité des pixels est contrôlée individuellement par un premier polariseur placé devant le pixel, par un deuxième polariseur réflectif et par un dispositif optoélectronique comme un cristal liquide transparent placé entre les deux polariseurs, et qui fait tourner le plan de polarisation de la lumière afin de contrôler l'absorption de ladite lumière par lesdits polariseurs.
De préférence, le deuxième polariseur est transfiectif sur au moins une partie de sa surface, et la partie complémentaire est transparente de manière à laisser passer la lumière provenant d'un moyen de rétro éclairage. Une surface photovoltaïque est positionnée en dessous de la partie transflective. Lorsqu'une des couleurs du pixel doit s'assombrir, le cristal liquide correspondant, ou équivalent, fait tourner le plan de polarisation de la lumière qui vient du devant afin qu'une partie plus importante de cette lumière polarisée passe au travers dudit polariseur transflectif et soit absorbée par la surface photovoltaïque.
Inversement lorsqu'une des couleurs du pixel doit s'éclaircir, le cristal liquide correspondant fait tourner l'axe de polarisation de la lumière qui vient du devant afin qu'une plus grande partie de cette lumière polarisée soit réfléchie par ledit polariseur transflectif et ressorte par le devant donc vers l'observateur.
Le contrôle de la luminosité des pixels se fait aussi et en même temps par le contrôle de la part de lumière qui traverse lesdits pixels au travers de celles des surfaces du second polariseur qui sont transparentes.
A cet endroit, lorsque le pixel doit s'assombrir, le cristal liquide fait tourner le plan de polarisation de la lumière qui vient de l'arrière afin qu'une partie plus importante de cette lumière polarisée soit absorbée par le polariseur du devant.
Inversement, lorsque le pixel doit s'éclaircir, le cristal liquide fait tourner le plan de polarisation de la lumière qui vient de l'arrière afin qu'une plus grande partie de cette lumière polarisée passe au travers du polariseur du devant et ressorte donc vers l'observateur.
Afin que l'effet du cristal liquide sur l'assombrissement ou l'éclaircissement d'un pixel soit identique sur sa partie réfléchissante et sur sa partie transparente, la partie transparente constitue un troisième polariseur pour la lumière rétro éclairée, et son axe de polarisation est de préférence perpendiculaire à l'axe de polarisation deuxième polariseur.
Il est clair que pour aboutir à d'autres effets optiques recherchés, d'autres combinaisons sont possibles quant aux polarisations respectives du polariseur transflectif et des polariseurs transmissifs (le premier et le troisième), et l'exemple décrit ci-dessus ne limite en rien la portée du dispositif de base de l'invention.
Dans un mode particulier de réalisation, le premier polariseur est constitué d'un réseau de bandes photovoltaïques parallèles dont les épaisseurs et les intervalles sont inférieurs à 400 nm. Ainsi le premier polariseur absorbera 50% de la lumière ambiante par des cellules photovoltaïques polarisantes qui produiront un complément d'électricité au dispositif.
Dans un mode particulier de réalisation, les pixels selon l'invention sont éclairés par le devant d'une part par la lumière ambiante et d'autre part par un éclairage latéral à l'écran dont la lumière d'émission est guidée et se répartit sur toute la surface avant de l'écran en se propageant dans l'épaisseur d'une plaque transparente disposée devant ledit écran. Dans ce mode particulier de réalisation une partie de la lumière émise par l'éclairage latéral sera donc absorbée par les cellules photovoltaïques et produira une énergie électrique qui pourra être stockée dans une batterie et/ou qui pourra alimenter au moins en partie les lampes de l'éclairage latéral.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est maintenant décrite plus en détails à l'aide de la description des figures 1 à 6 indexées.
La figure 1 est un schéma en coupe des différents constituants du dispositif lorsque celui-ci est en mode réflexion totale.
La figure 2 est un schéma en coupe des différents constituants du dispositif lorsque celui-ci est en mode transparence totale.
La figure 3 est un schéma en coupe des différents constituants du dispositif lorsque celui - ci est intégré à un pixel de type transflectif en mode lumineux total.
La figure 4 est un schéma en coupe des différents constituants du dispositif lorsque celui - ci est intégré à un pixel de type transflectif en mode sombre total.
La figure 5 est un schéma en coupe du dispositif lorsque celui-ci est éclairé par le devant par une lumière guidée par une plaque transparente.
La figure 6 illustre trois exemples d'intégration du dispositif dans des écrans d'affichage électronique. En référence aux figures 1 et 2, le dispositif d'affichage de type réflectif est composé d'un premier polariseur (1), d'un deuxième polariseur (2) qui a la caractéristique d'être transfiectif c'est-à-dire qui réfléchit la lumière dont l'axe de polarisation n'est pas identique à l'axe de polarisation dudit polariseur (2) et laisse passer la lumière dont l'axe de polarisation est identique à l'axe de polarisation du polariseur, un cristal liquide (21a,21b) ou autre composant électro-optique apte à modifier l'axe de polarisation de la lumière (11) qui le traverse lorsqu'une tension électrique est appliquée aux bornes de ses électrodes (5,6), un filtre coloré (F) en général de couleur rouge (R), verte (V) ou bleue (B), un substrat transparent (3,4) pour encapsuler ces différentes couches, et une cellule photovoltaïque (8) positionnée sous le deuxième polariseur transfiectif (2), par rapport à la lumière incidente (11).
Le polariseur transfiectif (2) a de préférence son axe de polarisation qui est perpendiculaire à celui du premier polariseur (1). La lumière ambiante (11) qui entre dans le dispositif se polarise au passage du premier polariseur (1), puis traverse le filtre coloré (F) et le cristal liquide qui est soit dans un état neutre (figure 1, 21a) de sorte que la lumière incidente (11) polarisée n'est pas modifiée, se réfléchit en totalité à la surface du deuxième polariseur (2) et ressort du dispositif (12a), soit le liquide cristal est dans un état actif (figure 2, 21b) de sorte que la lumière incidente (11) polarisée est modifiée et pour une partie (14) traverse le deuxième polariseur (2) et pour une autre partie (12b) se réfléchit à sa surface et ressort du dispositif.
La part de lumière (14) qui traverse le deuxième polariseur transfiectif (2) illumine la cellule photovoltaïque (8) qui est placée en dessous. La part de lumière (14) reçue par la cellule photovoltaïque (8) dépend donc de l'état dans lequel est positionné le dispositif, à savoir soit en mode réflectif lumineux total (figure 1) soit en mode d'absorption sombre partiel (figure 2), soit en mode d'absorption sombre total (non illustré).
La part de lumière (14) reçue en moyenne par la cellule photovoltaïque (8) dépendra donc de la luminosité moyenne des images qui seront affichées, à savoir que plus les images comporteront de pixels sombres et plus la part de lumière (14) reçue par la cellule photovoltaïque (8) sera importante.
Les figures 3 et 4 illustrent un mode particulier de réalisation dans lequel le dispositif d'affichage photovoltaïque est à la fois transfiectif, et rétro éclairé. Il est composé d'un premier polariseur (1), d'au moins un deuxième polariseur transfiectif (2) sous lequel est positionnée une cellule photovoltaïque (8), d'un troisième polariseur (9), d'un cristal liquide (21a,21b) placé entre le premier polariseur (1) et le deuxième polariseur transfiectif (2) et d'une source de lumière de rétro éclairage (10) placée derrière le troisième polariseur (9), de sorte que la lumière (13a,13b) émise par la source du rétro éclairage (10) se polarise en traversant le troisième polariseur
(9) , puis traverse le cristal liquide (21a,21b), puis traverse en partie le premier polariseur (1) en fonction de son axe de polarisation donc en fonction de l'état d'activation du cristal liquide (21a, 21b).
Cette fonction de rétro éclairage du pixel par l'intermédiaire du premier polariseur (1) et du troisième (9) polariseur est complémentaire avec la fonction d'éclairage réflectif du pixel par l'intermédiaire du premier polariseur (1) et du deuxième polariseur transfiectif (2) qui fonctionnent suivant le principe des figures 1 et 2 déjà décrites précédemment (les substrats, filtre et électrodes n'étant pas illustrés pour des raisons de clarté dans les figures 3 et 4).
Les axes de polarisation des trois polariseurs sont de préférence positionnés pour que les axes de polarisation du premier polariseur (1) et du deuxième polariseur (2) soient perpendiculaires et pour que les axes de polarisation du premier polariseur (1) et du troisième polariseur (9) soient parallèles, de manière à ce que lorsque le cristal liquide est non actif (figure 3, 21a) la lumière ambiante (11) est réfléchie (12a) par le deuxième polariseur (2) et la lumière (13a) émise par le rétro éclairage
(10) traverse complètement le premier polariseur (1), et de manière à ce que lorsque le cristal liquide est actif (figure 4, 21b) la lumière ambiante (11) n'est réfléchie qu'en partie (12b) par le deuxième polariseur (2) et la lumière (13b) émise par le rétro éclairage (10) ne traverse qu'en partie le premier polariseur (1).
Suivant cette configuration des trois polariseurs, l'activation du cristal liquide (21b) provoque à la fois l'assombrissement (12b) de la lumière ambiante (11) et la réduction de la lumière (13b) du rétro éclairage (10), ce qui permet de commander efficacement la luminosité du pixel quelle que soit la luminosité ambiante.
II est à noter que l'on pourrait utiliser en variante un seul polariseur et des pixels LCD cholestériques, mais leur vitesse de réactivité est beaucoup plus faible que les LCD utilisés ici (environ 0,7 seconde pour le cholestérique, et moins de 10 millisecondes pour les LCD standards).
Une autre variante du dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque consiste à remplacer le premier polariseur (1) par un polariseur qui sera réflectif sur sa face arrière. Dans ce cas la lumière de rétro éclairage qui ne traversera pas le premier polariseur réflectif sera réfléchie (figure 4, référence 15) vers le deuxième polariseur (2) et éclairera en partie la cellule photovoltaïque (8), ce qui augmentera son efficacité.
La figure 5 illustre un mode de réalisation particulier dans lequel une source de lumière (16) est injectée dans l'épaisseur d'une plaque transparente (17) qui est positionnée sur le devant d'un écran d'affichage réflectif photovoltaïque selon l'invention. Seuls trois dispositifs juxtaposés ayant des filtres colorés rouge (R) vert (V) et bleu (B) ont été dessinés sur cette figure. Une des faces de la plaque transparente est structurée optiquement, par exemple par un réseau de rayures, de lentilles ou de prismes (non illustrés) de manière à faire sortir la lumière (24) qui se propage dans l'épaisseur de la plaque (17) vers le devant des pixels de l'écran. Cet éclairage (24) des pixels par la face avant traverse le premier polariseur (1), le filtre coloré (R,V,B) et le cristal liquide (21a,21b,21c) de chaque pixel puis est plus ou moins réfléchi (12a, 12b) à la surface du deuxième polariseur transflectif (2) en fonction de l'angle de polarisation de chaque rayon lumineux (23a,23b,23c) résultant de l'activité desdits cristaux liquides (21a,21b,21c).
La lumière non réfléchie par le deuxième polariseur réflectif (2) traverse plus ou moins ledit polariseur (2) en fonction de son plan de polarisation puis illumine la cellule photovoltaïque (8) qui est placée derrière ledit polariseur (2). Ce mode de réalisation particulier montre par ailleurs qu'une cellule photovoltaïque unique (8) ainsi qu'un premier polariseur unique (1) et un deuxième polariseur transflectif unique (1) peuvent être communs à plusieurs pixels, voire mutuaiisés pour la totalité des pixels de l'écran d'affichage, ce qui évite dans ce cas les nombreuses soudures nécessaires pour constituer l'assemblage électrique d'une pluralité de cellules photovoltaïques. La figure 6 illustre que le dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque selon l'invention peut s'intégrer dans tout appareil destiné à afficher une image électronique qui sera éclairée par la lumière ambiante solaire (22) ou artificielle, comme par exemple un téléphone portable (18), un livre électronique (19) ou un ordinateur (20), ou bien encore comme autres exemples (non illustrés) : un GPS, une montre, un panneau publicitaire, une enseigne commerciale, un panneau de signalisation, une télévision.
On décrit maintenant un exemple concret de réalisation : l'écran d'affichage d'un livre électronique (Figure 6, référence 19) est rectangulaire, fait 15 x 20 cm, et est composé d'une multitude de pixels réflectifs colorés et positionnés suivant un réseau maillé organisé de lignes rectilignes verticales et horizontales. Chaque pixel (Figure 5) est composé de trois dispositifs juxtaposés, rectangulaires de dimensions 50 par 100 microns, chacun d'eux ayant un filtre coloré différent, rouge (R), vert (V) et bleu (B). Chaque filtre coloré (R,V,B) est encapsulé dans un empilement de couches optiques (Figure 1) comprenant, en partant du dessous: une surface photovoltaïque (8), un polariseur arrière transflectif (2), un substrat en verre (4), une électrode arrière (6), un liquide cristal (21a), une électrode avant (5), un filtre coloré (F), un substrat verre (3) et un autre polariseur (1) ou polariseur avant. Le polariseur du dessous (2) est transréflectif et est composé d'un alignement de bandes d'aluminium parallèles espacées de 250 nm qui provoquent la polarisation rectiligne parallèle aux dites bandes de 50% de la lumière naturelle qui le traverse et provoquent la polarisation rectiligne à 90° desdites bandes de 50% de la lumière naturelle qu'il réfléchit. Le premier polariseur (1) est un polariseur organique qui absorbe 50% de la lumière naturelle qui le traverse. Les deux polariseurs couvrent la totalité de la surface de l'écran et sont positionnés de manière à ce que leurs axes de polarisation soient perpendiculaires. Lorsque l'écran est noir, en totalité non réflectif, la cellule photovoltaïque (Figure 5, référence 8) reçoit un maximum de lumière ambiante (22) soit environ 40% de celle-ci, le reste de la lumière non reçue par la cellule (8) étant absorbé par les autres couches du dispositif et notamment par le premier polariseur (1). Lorsque l'écran (19) est blanc, en totalité réflectif, la cellule photovoltaïque (Figure 5, référence 8) reçoit un minimum de lumière ambiante (22) soit environ 4% de celle-ci, le reste de la lumière non reçue par la cellule (8) étant en grande partie réfléchi par le deuxième polariseur réflectif (2) et absorbé par le premier polariseur (1). L'affichage successif d'une multitudes d'images colorées provoquera une transparence moyenne du dispositif pour la lumière ambiante qui sera de l'ordre de 22% ce qui correspond à une moyenne entre une transparence maximale de 40% et une transparence minimale de 4%. Ces 22% de la lumière ambiante seront donc reçus par la cellule photovoltaïque qui transformera cette énergie en électricité. AVANTAGES DE L'INVENTION
En définitive l'invention répond bien aux buts fixés en permettant d'intégrer dans un écran d'affichage réflectif ou transflectif une surface photovoltaïque plus importante sans modifier la qualité visuelle des images affichées.

Claims

REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour commander la luminosité et la transparence d'un ou de plusieurs pixels d'un système d'affichage, dans lequel chaque pixel comprend :
- un premier polariseur rectiligne (1) de type transmissif, présentant un premier axe de polarisation de la lumière et disposé devant les pixels sur le trajet optique ;
- un deuxième polariseur rectiligne (2) de type transflectif, présentant un second axe de polarisation de la lumière, et disposé derrière le premier polariseur ;
- une surface photovoltaïque (8), disposée derrière ledit deuxième polariseur ;
- un moyen optoélectronique (21a, 21b) apte à modifier le plan de polarisation de la lumière qui le traverse, de manière à faire varier d'une part la quantité de lumière qui va traverser le second polariseur et éclairer ladite surface photovoltaïque et d'autre part la quantité de lumière qui va être réfléchie par le second polariseur pour ressortir du pixel,
- caractérisé en ce qu'il comporte en outre un troisième polariseur (9) et une source de lumière de rétro éclairage (10) placée derrière ledit troisième polariseur, de sorte qu'une partie de la lumière (13a,13b) émise par la source de rétro éclairage (10) se polarise en traversant le troisième polariseur (9), puis traverse successivement ledit moyen optoélectronique (21a,21b) et ledit premier polariseur (1).
2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de lumière qui ressort du premier polariseur (1) est fonction de l'état d'activation dudit moyen optoélectronique (21a, 21b).
3 - Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la quantité de lumière qui traverse le second polariseur (2) varie en fonction du plan de polarisation de la lumière incidente et de l'état actif ou passif dudit moyen optoélectronique (21a, 21b), entre une réflexion totale par le second polariseur lorsque le plan de polarisation de la lumière issue du premier polariseur est perpendiculaire à l'axe de polarisation du polariseur transfiectif, et une transmission totale lorsque le plan de polarisation de la lumière issue du premier polariseur est parallèle à l'axe de polarisation du second polariseur transfiectif. 4 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second polariseur transfiectif est dichroïque et fait office de filtre coloré (F).
5 - Dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième polariseur (2) transfiectif est composé de bandes conductrices électriquement parallèles, de préférence métalliques, en carbone ou en graphène, dont les épaisseurs et les intervalles qui les séparent sont inférieures à 400 nm.
6 - Dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque le premier polariseur et le deuxième polariseur ont leurs axes de polarisation perpendiculaires et que le moyen optoélectronique (21) est dans un état neutre, la lumière incidente (11) qui entre dans le dispositif se polarise au passage du premier polariseur (1), puis traverse le filtre coloré (F) et le moyen optoélectronique, puis se réfléchit en totalité à la surface du deuxième polariseur (2) et ressort du dispositif (12a).
7 - Dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lorsque le premier polariseur (1) et le deuxième polariseur (2) ont leurs axes de polarisation perpendiculaires et que le moyen optoélectronique (21) est dans un état actif, la lumière incidente (11) polarisée est modifiée et pour une partie (14) traverse le deuxième polariseur (2) et éclaire la cellule photovoltaïque (8), et pour une autre partie (12b) se réfléchit à sa surface et ressort du dispositif. 8 - Dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième polariseur transfiectif (2) contient au moins une zone de transparence totale à travers laquelle une lumière polarisée passe de l'arrière vers l'avant du dispositif, ladite lumière polarisée étant émise par ledit moyen de rétro éclairage (10) qui traverse successivement ledit troisième polariseur (9), ledit dispositif électro-optique (21) et ledit premier polariseur (1).
9 - Dispositif d'affichage selon la revendication 8, caractérisé en ce que les axes de polarisation des trois polariseurs (1,2,9) sont de préférence positionnés pour que les axes de polarisation du premier polariseur (1) et du deuxième polariseur (2) soient perpendiculaires et pour que les axes de polarisation du premier polariseur (1) et du troisième polariseur (9) soient parallèles, de manière que lorsque le moyen optoélectronique (21) est non actif, la lumière ambiante (11) est réfléchie (12a) par le deuxième polariseur (2) et la lumière (13a) émise par le moyen de rétro éclairage (10) traverse complètement le premier polariseur (1), et de manière que lorsque le moyen optoélectronique (21) est actif, la lumière ambiante (11) n'est réfléchie qu'en partie (12b) par le deuxième polariseur (2) et la lumière (13b) émise par le rétro éclairage (10) ne traverse qu'en partie le premier polariseur (1).
10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif électro-optique (21) est de type LCD (« Liquid
Crystal Display »).
11 - Dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier polariseur (1) est réflectif sur sa face tournée vers ledit deuxième polariseur (2).
12 - Dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier polariseur (1) est constitué d'un réseau de bandes photovoltaïques parallèles dont les épaisseurs et les intervalles sont inférieurs à 400 nm. 13 - Dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif d'affichage est recouvert d'une plaque transparente (17) parcourue dans son épaisseur par une lumière injectée par un de ses bords, ladite plaque étant apte à éclairer la face avant des pixels du dispositif.
14 - Dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite plaque transparente (17) est structurée sur au moins une de ses faces par un réseau de rayures, de lentilles ou de prismes de manière à rediriger la lumière qui la parcourt vers la face avant des pixels du dispositif.
15 - Dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que toutes ou une partie de toutes ses surfaces photovoltaïques forment une cellule photovoltaïque unique.
16 - Appareil pourvu d'un dispositif d'affichage, notamment de type téléphone portable, livre électronique, ordinateur, terminal GPS, montre, panneau publicitaire, enseigne commerciale, panneau de signalisation, télévision, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'affichage réflectif et photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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JPH1144884A (ja) * 1997-07-25 1999-02-16 Seiko Epson Corp 表示装置及び電子機器
US20120127140A1 (en) * 2010-11-19 2012-05-24 John Ryan Multi-mode liquid crystal display with auxiliary non-display components

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