(57)【要約】【課題】  本発明の実施形態は、光電池を集積した表示装置、及び表示装置に集積される光電池を開示する。【解決手段】  光電池は、それが有する吸収スペクトルが、可視光のうちの特定の色に相当する波長域を含まないように設計される。光を捕獲する能力を有することに加えて、光電池は、カラーフィルタとしても、また光検出器としても、機能することができる。【選択図】  図２
2010244042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素；及び
前記画素の上の、光を吸収する光電池であり、可視光のうちの第１の色に相当する波長域を含まない可視光吸収スペクトルを有する光電池；
を有する表示装置。
【請求項２】
前記光電池は：
第１の電極層；
前記第１の電極層の上の第１の吸収層であり、可視光のうちの第２の色に相当する波長域を含む吸収スペクトルを有する第１の吸収層；
前記第１の吸収層の上の第２の吸収層であり、可視光のうちの第３の色に相当する波長域を含む吸収スペクトルを有する第２の吸収層；及び
前記第２の吸収層の上の第２の電極層；
を有する、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第１の色は赤であり、前記第２の色は緑であり、且つ前記第３の色は青である、請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１の吸収層はＮＮ’−ジメチルキナクリドン（ＤＭＱＡ）からなる、請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記第２の吸収層はテトラ（４−メトキシフェニル）ポルフィンコバルト錯体（Ｃｏ−ＴＰＰ）からなる、請求項３に記載の表示装置。
【請求項６】
前記赤は５７０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長域を有し、
前記緑は４９５ｎｍから５７０ｎｍまでの波長域を有し、且つ
前記青は３５０ｎｍから４９５ｎｍまでの波長域を有する、
請求項３に記載の表示装置。
【請求項７】
前記第１の色は緑であり、前記第２の色は赤であり、且つ前記第３の色は青である、請求項２に記載の表示装置。
【請求項８】
前記第１の吸収層は亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰＣ）からなる、請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記第１の色は、赤、青及び緑からなる群から選択される、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記画素は、前記光電池へと白色光を透過させ；且つ
前記光電池は、前記画素を透過した白色光を、前記第１の色に相当する波長域を除いて吸収する；
請求項１に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記画素は可視光のうちの前記第１の色を放射し；且つ
前記光電池は、前記画素によって放射された前記第１の色に相当する波長域を吸収しない；
請求項１に記載の表示装置。
【請求項１２】
表示スクリーン；
前記表示スクリーンへと光を透過する複数の画素ユニットであり、各画素ユニットが第１のサブピクセルを有する、複数の画素ユニット；及び
複数の光起電ユニットであり、各光起電ユニットが：
前記第１のサブピクセルと前記表示スクリーンとの間の第１の光電池であり、前記表示スクリーンを透過した周辺光を吸収して電気エネルギーを生成し、且つ光の第１の原色に対して透明である第１の光電池、
を有する、複数の光起電ユニット；
を有する表示装置。
【請求項１３】
各画素ユニットは更に第２のサブピクセルを有し；且つ
各光起電ユニットは更に：
前記第２のサブピクセルと前記表示スクリーンとの間の第２の光電池であり、前記表示スクリーンを透過した周辺光を吸収して電気エネルギーを生成し、且つ光の第２の原色に対して透明である第２の光電池、
を有する；
請求項１２に記載の表示装置。
【請求項１４】
各画素ユニットは更に第３のサブピクセルを有し；且つ
各光起電ユニットは更に：
前記第３のサブピクセルと前記表示スクリーンとの間の第３の光電池であり、前記表示スクリーンを透過した周辺光を吸収して電気エネルギーを生成し、且つ光の第３の原色に対して透明である第３の光電池、
を有する；
請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記第１の原色は赤であり、前記第２の原色は緑であり、且つ前記第３の原色は青である、請求項１４に記載の表示装置。
【請求項１６】
前記第１の原色は、赤、緑及び青からなる群から選択される、請求項１２に記載の表示装置。
【請求項１７】
前記複数の画素ユニットに白色光を放射するバックライトモジュールであり、当該バックライトモジュールからの放射白色光が前記第１、第２及び第３のサブピクセルを通って前記第１、第２及び第３の光電池に伝えられることになる、バックライトモジュール、
を更に有し；
前記第１の光電池は、前記第１のサブピクセルを透過した前記放射白色光を吸収して電気エネルギーを生成し；
前記第２の光電池は、前記第２のサブピクセルを透過した前記放射白色光を吸収して電気エネルギーを生成し；且つ
前記第３の光電池は、前記第３のサブピクセルを透過した前記放射白色光を吸収して電気エネルギーを生成する；
請求項１４に記載の表示装置。
【請求項１８】
前記複数の光起電ユニットに結合され、前記複数の光起電ユニットによって生成された電気エネルギーを受け取って貯蔵する電源、
を更に有する請求項１２に記載の表示装置。
【請求項１９】
前記複数の画素ユニットと前記複数の光起電ユニットとに結合されたコントローラを更に有し、
各光起電ユニット及び対応する画素ユニットは前記コントローラによってアドレス指定可能であり、且つ
前記コントローラは、各光起電ユニットによって生成された電気エネルギーを検出し、対応する画素ユニットによって透過される光の量を調整する、
請求項１２に記載の表示装置。
【請求項２０】
前記第１のサブピクセルは光の前記第１の原色を透過させ；
前記第２のサブピクセルは光の前記第２の原色を透過させ；且つ
前記第３のサブピクセルは光の前記第３の原色を透過させる；
請求項１４に記載の表示装置。
【請求項２１】
第１の電極の層と、
前記第１の電極の上の、第１の色を吸収する第１の吸収層と、
前記第１の吸収層の上の、第２の色を吸収する第２の吸収層と、
前記第２の吸収層の上の第２の電極の層と
を有する第１の光電池、
を有する光起電装置。
【請求項２２】
第３の電極の層と、
前記第３の電極の上の、第３の色を吸収する第３の吸収層と、
前記第３の吸収層の上の、前記第２の色を吸収する第４の吸収層と、
前記第４の吸収層の上の第４の電極の層と
を有する第２の光電池、
を更に有する請求項２１に記載の光起電装置。
【請求項２３】
第５の電極の層と、
前記第５の電極の上の、前記第３の色を吸収する第５の吸収層と、
前記第５の吸収層の上の、前記第１の色を吸収する第６の吸収層と、
前記第６の吸収層の上の第６の電極の層と
を有する第３の光電池、
を更に有する請求項２２に記載の光起電装置。
【請求項２４】
前記第１の光電池は更に：
前記第１の電極と前記第１の吸収層との間の第１の界面層であり、前記第１の電極の仕事関数を調整する第１の界面層；及び
前記第２の電極と前記第２の吸収層との間の第２の界面層であり、前記第２の電極の仕事関数を調整する第２の界面層；
を有する、請求項２１に記載の光起電装置。
【請求項２５】
前記第１の界面層及び前記第２の界面層は、自己組織化単分子層及び金属酸化物からなる群から選択された材料からなる、請求項２４に記載の光起電装置。
【請求項２６】
前記第１の光電池は更に、前記第２の界面層と前記第２の吸収層との間にアクセプタ層を有する、請求項２４に記載の光起電装置。
【請求項２７】
前記アクセプタ層は、
ナフタレン・テトラカルボン酸無水物（ＮＴＣＤＡ）、
３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ビスベンズイミダゾール（ＰＴＣＢＩ）、
３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸（ＰＴＣＤＡ）、
バソクプロイン（ＢＣＰ）、及び
フラーレン
からなる群から選択された材料からなる、請求項２６に記載の光起電装置。
【請求項２８】
前記第２、第４及び第６の電極の上のバリア層であり、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から成るバリア層、
を更に有する請求項２３に記載の光起電装置。
【請求項２９】
前記第１の色は緑であり、前記第２の色は青であり、且つ前記第３の色は赤である、請求項２３に記載の光起電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の１つ又は複数の実施形態は、表示装置の分野に関し、より具体的には集積された光電池を有する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電池又は太陽電池は、代替エネルギー源を提供する最新の電子装置において広く用いられている。表示装置、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）において、周辺光又はバックライト光源により生成される光から電気エネルギーを得るため、ＬＣＤに光電池が集積されている。
【０００３】
図１は、従来のＬＣＤ１００の断面図を分解した構成で示している。ＬＣＤ１００は、白色光源１２０、及び白色光源１２０の上方の水平偏光板１３１を有している。水平偏光板の上に光電池１７１、１７２、１７３が形成されている。光電池１７１、１７２、１７３の上に、サブピクセル１４１、１４２、１４３を有する画素１４０が形成されている。サブピクセル１４１、１４２、１４３上にカラーフィルタ１５１、１５２、１５３が形成されている。カラーフィルタ１５１、１５２、１５３は、多色画素を作り出すように赤色フィルタ１５１、緑色フィルタ１５２及び青色フィルタ１５３から作ることができる。カラーフィルタ１５１、１５２、１５３上に垂直偏光板１３２が形成されている。フロント垂直偏光板１３２上にガラススクリーン１６０が形成されている。
【０００４】
典型的に、光電池１７１、１７２、１７３は画素１４０の背後に形成される。光電池１７１、１７２、１７３は、ＬＣＤ１００がターンオンされるときに白色光源１２０から放射される白色光３０の大部分を吸収することができる。光電池１７１、１７２、１７３は透明あるいは半透明の材料から製造され、放射された白色光３０は画素１４０まで透過することができる。しかしながら、この構成の１つの欠点は、光電池１７０が周辺光２０を効率的に吸収することができないことである。周辺光２０の強度が、フロント垂直偏光板１３２、カラーフィルタ１５１、１５２、１５３及びサブピクセル１４１、１４２、１４３を通過後にかなり低減されている結果、光電池１７０は周辺光のうちの少ない量のみを吸収することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、表示装置に集積される光電池、及び光電池を集積した表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に従って、画素と、画素の上の、光を吸収する光電池とを有する表示装置が提供される。光電池は、可視光のうちの第１の色に相当する波長域を含まない可視光吸収スペクトルを有する。
【０００７】
他の一態様に従って、表示スクリーンと、表示スクリーンへと光を透過する複数の画素ユニットと、複数の光起電ユニットとを有する表示装置が提供される。各画素ユニットは第１のサブピクセルを有し、各光起電ユニットは、第１のサブピクセルと表示スクリーンとの間の第１の光電池を有する。第１の光電池は、表示スクリーンを透過した周辺光を吸収して電気エネルギーを生成する。第１の光電池はまた、光の第１の原色に対して透明である。
【０００８】
他の一態様に従って、第１の光電池を有する光起電装置が提供される。第１の光電池は、第１の電極の層と、第１の電極の上の、第１の色を吸収する第１の吸収層と、第１の吸収層の上の、第２の色を吸収する第２の吸収層と、第２の吸収層の上の第２の電極の層とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を分解した構成で示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に従った液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置を分解した構成で示す断面図である。
【図３】従来の有機光電池の構造を示す断面図である。
【図４】図３の従来の有機光電池のエネルギーバンド図である。
【図５】本発明の一実施形態に従った第１の光電池の構造を示す断面図である。
【図６】図５の第１の光電池のエネルギーバンド図である。
【図７】本発明の一実施形態に従った第２の光電池の構造を示す断面図である。
【図８】図７の第２の光電池のエネルギーバンド図である。
【図９】本発明の一実施形態に従った第３の光電池の構造を示す断面図である。
【図１０】図９の第３の光電池のエネルギーバンド図である。
【図１１】本発明の他の一実施形態に従った液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置を分解した構成で示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に従ったＬＣＤ装置を有するシステムを示すブロック図である。
【図１３】本発明の一実施形態に従った表示装置を分解した構成で示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の説明では、本発明の１つ以上の実施形態が完全に理解されるよう、数多くの具体的な詳細事項を説明する。また、この詳細な説明をいたずらに不明瞭にしないよう、表示装置の周知の機能及び特徴は特に詳細には説明しない。
【００１１】
本発明の実施形態は、画素と、光を吸収する画素上の光電池とを有する表示装置を記述する。この光電池は、可視光のうちの特定の色に相当する波長域を含まない可視光吸収スペクトルを有する。光エネルギーを得ることができることに加えて、この光電池はカラーフィルタ及び光検出器としても機能する。
【００１２】
図２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置２００の断面図を分解した構成で示している。一実施形態において、ＬＣＤ装置２００は、以下に限られないが移動電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯インターネット機器（ＭＩＤ）、ウルトラモバイル・パーソナルコンピュータ（ＵＭＰＣ）、ノート型コンピュータ、及びＬＣＤモニタ等、のプラットフォーム用のディスプレイとして実現され得る。
【００１３】
一実施形態において、ＬＣＤ装置２００は、バックライトモジュール２１０の上方に水平偏光板２２１を有している。一実施形態において、バックライトモジュール２１０は白色光を放射する。ＬＣＤ装置２００は更に、背面（リア）水平偏光板２２１の上方に下部ガラス基板２３１を有している。
【００１４】
本発明の一実施形態において、下部ガラス基板２３１の上方に画素ユニット２４０がある。認識され得るようにＬＣＤ装置２００はアレイ状の複数の画素を有するが、図２は、説明の目的のため、１つの画素ユニット２４０のみを示している。一実施形態において、画素ユニット２４０は、第１のサブピクセル、第２のサブピクセル及び第３のサブピクセルを有する。第１、第２の及び第３のサブピクセルの各々は、共通（コモン）電極２６１／２６２／２６３と画素電極２５１／２５２／２５３との間に液晶層２４１／２４２／２４３を有している。例えば、第１のサブピクセルはコモン電極２６１と画素電極２５１との間に液晶２４１を有する。一実施形態において、コモン電極２６１−２６３は単一の連続した電極層として形成され、画素電極２５１−２５３は別個の離隔された層として形成される。また、この逆であってもよい。一実施形態において、画素電極２５１−２５３及びコモン電極２６１−２６３は、以下に限られないが、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明材料から製造される。
【００１５】
本発明の一実施形態において、ＬＣＤ装置２００の画素ユニット２４０の上方に光起電ユニット３００がある。ＬＣＤ装置２００が複数の画素を有する場合、光起電ユニットは全ての画素の上方にある。代替的に、複数の光起電ユニット３００が上記複数の画素のうちの一部の上方にあってもよい。一実施形態において、光起電ユニット３００は第１の光電池、第２の光電池及び第３の光電池を有する。一実施形態において、第１、第２及び第３の光電池は、それぞれ、第１、第２及び第３のサブピクセルの上方にある。第１、第２及び第３の光電池の各々は、光電池電極２７１／２７２／２７３とコモン電極２６１／２６２／２６３との間に光起電層３１０／３２０／３３０を有している。例えば、第１の光電池は、光電池電極２７１とコモン電極２６１との間に光起電層３１０を有する。一実施形態において、光電池電極２７１−２７３は、以下に限られないが、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明材料から製造される。
【００１６】
本発明の一実施形態において、ＬＣＤ装置２００は更に、光起電ユニット３００を封入するバリア層３８０を有する。バリア層３８０は、以下に限られないが、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の材料から製造される。一実施形態において、バリア層３８０は約１μｍ−５００μｍの厚さを有する。ＬＣＤ装置２００は更に、バリア層３８０の上方に上部ガラス基板２３２を有している。一実施形態において、上部ガラス基板２３２上に代えて画素ユニット２４０上に光起電ユニット３００を集積することは、画素２４０の製造中と同一のプロセスフローで光起電ユニット３００を形成することを可能にする。これは製造上のコスト及び複雑性を低減する。代替的な一実施形態において、光起電ユニット３００が上部ガラス基板２３２の直下にある場合、ＬＣＤ装置２００はバリア層３８０を含まない。一実施形態において、ＬＣＤ装置２００は更に、上部ガラス基板の上方にフロント垂直偏光板２２２を有している。一実施形態において、垂直偏光板２２２の上方に表示スクリーン又はガラススクリーン２８０があり、ＬＣＤ装置２００の保護カバー又はスクリーンを提供する。
【００１７】
他の一実施形態において、光起電ユニット３００は上部ガラス基板２３２の上方にある。この場合、バリア層３８０は光起電ユニット３００を封入して保護カバーを提供する。
【００１８】
この光起電ユニットは、光を吸収する能力を有するとともに、カラーフィルタとして機能する。本発明の一実施形態において、第１、第２及び第３の光電池の各々は、所望の色に対して透明な特有の吸収スペクトルを有するように調整される。換言すれば、第１、第２及び第３の光電池は、或る原色に関する波長域を含まない可視光吸収スペクトルを有するように製造される。一実施形態において、第１、第２及び第３の光電池は、赤、緑及び青の原色スキームに従って設計される。例えば、第１の光電池は、赤色に相当する波長を除く可視光の全スペクトルを実質的に吸収するように設計される（すなわち、第１の光電池は赤に対して透明である）。同様に、第２の光電池は、緑色に相当する波長を除く可視光の全スペクトルを実質的に吸収するように設計される。また、第３の光電池は、青色に相当する波長を除く可視光の全スペクトルを実質的に吸収するように設計される。ここでは赤、緑、青のカラースキームを述べたが、認識されるように、その他のカラースキームを用いることも可能である。
【００１９】
また、第１、第２及び第３の光電池が赤、緑及び青の原色スキームを用いる場合、画素ユニット２４０は多色画素である。他の一実施形態において、第１、第２及び第３の光電池が単色スキームに従って設計される場合、画素ユニット２４０は単色画素である。例えば、第１、第２及び第３の光電池は全て、赤という単一色に相当する波長を除く可視光の全スペクトルを吸収するように設計される。認識されるように、この単一色は赤に限定されず、可視光スペクトルからの他の如何なる色を含んでもよい。
【００２０】
本発明の一実施形態において、光起電ユニット３００は、図２に示すように画素ユニット２４０上にあり、表示スクリーン２８０を透過した周辺光２０の大部分を吸収する。光起電ユニット３００の第１、第２及び第３の光電池は、周辺光２０からエネルギーを吸収し、それを電気エネルギーに変換する。図２は、例示として、第１の光電池に伝わる周辺光２０のみを示している。第１の光電池が赤色に対して透明であるように調整されている場合、第１の光電池は、赤色に相当する波長域からのエネルギーを除く周辺光２０からのエネルギーを吸収する。同様に、第２及び第３の光電池は、それぞれ緑色及び青色に対して透明であるように調整されている場合、緑色及び青色に相当する波長域を除く周辺光２０からエネルギーを吸収する。
【００２１】
また、ＬＣＤ装置２００の動作中、バックライトモジュール２１０は電源をオンにされて白色光３０を放射する。白色光３０は水平偏光板２２１及び下部ガラス基板２３１を通って画素ユニット２４０へと届く。図２には、例示のため、第１のサブピクセルへと放射される白色光３０の部分のみが示されている。液晶層２４１−２４３は、画素電極２５１−２５３に印加される電圧量に従って、表示スクリーン２８０に伝えられる白色光３０の量を制御することができる。
【００２２】
一実施形態において、光起電ユニット３００は、画素ユニット２４０を透過した白色光３０の一部を吸収する。例えば、第１の光電池は、それが赤色に対して透明であるように調整されている場合、赤色に相当する波長域を除いて、第１のサブピクセルを透過した白色光３０を吸収する。換言すれば、白色光３０からの赤色に関する波長域は、第１の光電池を通過して表示スクリーン２８０へと進むことを許される。赤色に関連しない白色光３０の残りの波長域からのエネルギーは、第１の光電池によって吸収され、電気エネルギーに変換される。同様の動作原理が第２及び第３の光電池にも当てはまる。第２の光電池は、それが緑色に対して透明であるように調整されている場合、白色光３０からの緑色に関する波長域が通過して表示スクリーン２８０へと進むことを可能にする。同様に、第３の光電池は、青色に対して透明であるように調整されているとき、白色光３０からの青色に関する波長域が通過することを可能にする。同時に、第２及び第３の光電池は、白色光３０の緑色又は青色に関連しない残りの波長域からエネルギーを吸収し、それを電気エネルギーに変換する。
【００２３】
図３は、従来の光電池の構造を示している。この従来の光電池は、アノード電極１８１、アノード電極１８１上に形成されたドナー有機層１９１、ドナー有機層１９１上に形成されたアクセプタ有機層１９２、及びアクセプタ有機層１９２上に形成されたカソード電極１８２を有する有機光電池である。図４は、図３の従来の光電池のエネルギーバンド図を示している。ドナー有機層１９１及びアクセプタ有機層１９２のエネルギー準位は、電子（ｅ−）がアノード電極１８１からカソード電極１８２に移動するためのエネルギー勾配が存在するように設計される。換言すれば、ドナー有機層１９１は電子を“供給（ドネイト）”し、アクセプタ有機層１９２は電子を“受理（アクセプト）”する。
【００２４】
従来の光電池は、光子を吸収して電子−正孔対を生成するが、電子−正孔対は実質的に拡散し、急峻なエネルギー段差が存在するドナー−アクセプタ界面では関連のないものになる。印加バイアスの下で、電子−正孔対は分離し、電子はカソード電極１８２へと移動し、正孔はアノード電極１８１へと移動するため、光電池に光電流が生成される。従来の光電池においては、ドナー有機層１９１は通常、可能な限り多くの光を吸収するように狭いバンドギャップと広い吸収帯とを有する材料から製造される。対照的に、本発明の１つ以上の実施形態の第１、第２及び第３の光電池は各々、赤、緑又は青に相当する波長を吸収するように特有の吸収スペクトルを持つ複数の吸収層を有する。
【００２５】
図５は、第１の光電池の構造を示している。図６は、図５の構造の対応するエネルギーバンド図を示している。本発明の一実施形態において、第１の光電池は、コモン電極２６１上の緑吸収層３１５と、緑吸収層３１５上の青吸収層３１６と、青吸収層３１６上のアクセプタ層３１８とを有する光起電層３１０を備えた有機光電池である。光電池電極２７１はアクセプタ層３１８上にある。一実施形態において、光電池電極２７１はカソード端子として機能し、コモン電極２６１はアノード端子として機能する。他の一実施形態においては、光電池電極２７１はアノード端子として機能し、コモン電極２６１はカソード端子として機能する。
【００２６】
緑吸収層３１５と青吸収層３１６との組み合わせを形成することにより、第１の光電池は、緑色及び青色に相当する波長域からエネルギーを吸収する能力を有する。換言すれば、第１の光電池は、赤色に相当する波長域からエネルギーを吸収しない。赤色に関する波長が通過することを可能にすることにより、第１の光電池は赤のカラーフィルタとしての追加機能をＬＣＤ装置２００に提供する。このことは、第１の光電池が、図２に示したバックライトモジュール２１０から放射された白色光３０に対して、赤のカラーフィルタとして作用することを意味する。結果として、白色光３０からの赤色に関する波長のみが、第１の光電池を透過して表示スクリーン２８０へと伝わる。
【００２７】
一実施形態において、緑吸収層３１５は、緑色に相当する波長域を持つ吸収スペクトルを有する。特定の一実施形態において、緑吸収層３１５は約４９５ｎｍ−５７０ｎｍの波長域からエネルギーを吸収する。一実施形態において、緑吸収層３１５は、以下に限られないが、例えばＮＮ’−ジメチルキナクリドン（ＤＭＱＡ）等の有機材料から製造される。
【００２８】
一実施形態において、青吸収層３１６は、青色に相当する波長域を持つ吸収スペクトルを有する。特定の一実施形態において、青吸収層３１６は約３５０ｎｍ−４９５ｎｍの波長域からエネルギーを吸収する。一実施形態において、青吸収層３１６は、以下に限られないが、例えばテトラ（４−メトキシフェニル）ポルフィンコバルト錯体（Ｃｏ−ＴＰＰ）等の有機材料から製造される。
【００２９】
図５は２つの吸収層（すなわち、緑及び青の吸収層３１５、３１６）のみを有する第１の光電池を示しているが、認識され得るように、第１の光電池は、可視光のその他の色に対して吸収スペクトルを有する更なる吸収層を含むことができる。例えば、第１の光電池は、黄色に相当する波長域に吸収スペクトルを有する付加的な黄吸収層を含んでいてもよい。この場合、黄吸収層はコモン電極２６１と緑吸収層３１５との間である。
【００３０】
図７は、第２の光電池の構造を示している。図８は、図７の構造の対応するエネルギーバンド図を示している。第２の光電池の構造は、赤吸収層３１４が緑吸収層３１５を置換していることを除いて、図５に示した第１の光電池と同様である。赤吸収層３１４と青吸収層３１６との組み合わせを用いることにより、第２の光電池は、赤色及び青色に相当する波長域からエネルギーを吸収する能力を有するが、緑色に相当する波長域からエネルギーを吸収しない。故に、第２の光電池は、緑色に関する波長が通過することを可能にすることにより、緑のカラーフィルタとしての追加機能をＬＣＤ装置２００に提供する。
【００３１】
一実施形態において、赤吸収層３１４は、赤色に相当する波長域を持つ吸収スペクトルを有する。特定の一実施形態において、赤吸収層３１４は約５７０ｎｍ−７５０ｎｍの波長域からエネルギーを吸収する。一実施形態において、赤吸収層３１４は、以下に限られないが、例えば亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰＣ）等の有機材料から製造される。
【００３２】
図９は、第３の光電池の構造を示している。図１０は、図９の構造の対応するエネルギーバンド図を示している。第３の光電池の構造もまた、赤吸収層３１４と緑吸収層３１５との組み合わせが用いられることを除いて、図５に示した第１の光電池と同様である。このことは、第３の光電池は、赤色及び緑色に相当する波長域からエネルギーを吸収することができるが、青色に相当する波長域からエネルギーを吸収しないことを意味する。故に、第３の光電池はＬＣＤ装置の青のカラーフィルタとしても機能する。
【００３３】
一実施形態において、図６、８及び１０に示したアクセプタ層３１８は、電子を“アクセプト”するとともに、正孔がカソード２７１／２７２／２７３に移動することを“阻止（ブロック）”する。アクセプタ層は、以下に限られないが、例えばナフタレン・テトラカルボン酸無水物（ＮＴＣＤＡ）、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ビスベンズイミダゾール（ＰＴＣＢＩ）、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸（ＰＴＣＤＡ）、バソクプロイン（ＢＣＰ）及びフラーレン等の材料から製造される。特定の実施形態において、アクセプタ層はｃ６０フラーレンから製造される。代替的な一実施形態において、アクセプタ層３１８は第１、第２及び第３の光電池の構造から除去される。この場合、各光電池内の吸収層の組み合わせはドナー−アクセプタの関係で機能する。例えば、図５に示した第１の光電池からアクセプタ層３１８が除去される場合、緑吸収層３１５が“ドナー”層として機能し、青吸収層３１６が“アクセプタ”層として機能する。アクセプタ層３１８を除去することの１つの利点は、光電池の全体的な厚さが低減されることである。
【００３４】
本発明の一実施形態において、第１、第２及び第３の光電池の各々は更に、図５、７及び９に示すような界面層３１１、３１２を有する。界面層３１１、３１２は、電荷収集電極（この場合、コモン電極２６１−２６３及び光電池電極２７１−２７３を指す）の仕事関数を調整するために追加され得る。一実施形態において、界面層３１１、３１２は、以下に限られないが、例えば、飽和アルカンチオール及びペルフッ素化アルカンチオールに基づく自己組織化単分子層（self-assembled  monolayer；ＳＡＭ）、飽和脂肪族及びフッ素化脂肪族鎖に基づくＳＡＭ、ラウリン酸（ＬＡ）等のＳＡＭ、メルカプトウンデカン酸（ＭＵＡ）、及びペルフルオロテトラデカン酸（ＰＦＴＤＡ）等の材料から製造される。他の一実施形態において、界面層３１１、３１２は、例えば酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、及び酸化モリブデン（ＭｏＯ３）等の金属酸化物から製造される。
【００３５】
一実施形態において、コモン電極２６１−２６３及び光電池電極２７１−２７３は、透明で導電性の金属酸化物又はポリマーから製造される。特定の一実施形態において、コモン電極２６１−２６３及び光電池電極２７１−２７３はインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から製造される。コモン電極２６１−２６３及び光電池電極２７１−２７３の厚さは１０ｎｍ−１００ｎｍの範囲内である。他の一実施形態において、コモン電極２６１−２６３及び光電池電極２７１−２７３は、約１ｎｍ−１０ｎｍの厚さを有する金属膜から製造される。
【００３６】
本発明の一実施形態において、吸収層３１４−３１６の各々の厚さは、吸収される光の量を変化させるために調整され得る。しかしながら、吸収層３１４−３１６が過度に厚い場合、電子及び正孔はより大きい距離を進行しなければならず、それにより光捕獲目的での電力変換効率が低下する。故に、吸収層３１４−３１６は、電力変換効率に影響を及ぼすことなく所望量の光を吸収するのに十分な厚さを有するように製造される。一実施形態において、吸収層３１４−３１６の各々の厚さは約１０ｎｍ−１００ｎｍの範囲を有する。
【００３７】
代替的な一実施形態において、吸収層３１４−３１６は、より優れた品質の色純度を達成するため、第１、第２及び第３の光電池の各々で異なる厚さを有するように製造される。理想的には、光起電ユニット３００が良好な色純度を生成し得るよう、赤、緑及び青の吸収層３１４−３１６の吸収スペクトルは互いに重なり合わない。しかしながら、第１、第２及び第３の光電池により透過される色の強度は異なっていてもよい。例えば、第１の光電池（赤色フィルタ）は、第２の光電池（緑色フィルタ）及び第３の光電池（青色フィルタ）により透過される緑又は青の強度と比較して、低い量又は強度の赤色を透過させてもよい。これは、第１の光電池が有する緑吸収層３１５が赤色に関する波長域にまで重なる広い吸収スペクトルを有し、それにより第１の光電池に少量の赤色を吸収させることの結果として生じ得る。
【００３８】
一実施形態において、図７に示した第２の光電池内の赤吸収層３１４の厚さは、その吸収スペクトルが緑色に関する波長の小さい範囲に重なるように調整されることが可能である。このことは、第２の光電池が、第１の光電池により透過される赤色に対して緑色の強度を釣り合わせるように、少量の緑色を吸収することを意味する。同様に、図９に示した第３の光電池内の緑吸収層３１５の厚さは、その吸収スペクトルが青色に関する波長の小さい範囲に重なるように調整されることが可能である。このことは、第３の光電池が、第１の光電池により透過される赤色に対して青色の強度を釣り合わせるように、少量の青色を吸収することを可能にする。
【００３９】
他の一実施形態において、より優れた色純度をもたらすよう、ＬＣＤ装置内に更なる色フィルタを実装することが可能である。一実施形態において、図１１に示すように、バリア層３８０と上部ガラス基板２３２との間にカラーフィルタ２９１、２９２、２９３を設けてもよい。図１１に示すＬＣＤ装置２０１は、更なるカラーフィルタ２９１−２９３を除いて、図２のＬＣＤ装置２００と同様である。
【００４０】
一実施形態において、カラーフィルタ２９１−２９３は、それぞれ、第１、第２、第３の光電池の上方にある。一実施形態において、カラーフィルタ２９１−２９３は、対応する第１、第２及び第３の光電池の吸収スペクトルと比較して狭い波長域の吸収スペクトルを有するように製造される。これは、第１、第２及び第３の光電池がそれらそれぞれの色を表示スクリーン２８０上へと一層良好に透過させることを可能にする。第１、第２及び第３の光電池がそれぞれ赤、緑及び青を透過させる場合、カラーフィルタ２９１は赤フィルタ、カラーフィルタ２９２は緑フィルタ、そしてカラーフィルタ２９３は青フィルタとし得る。
【００４１】
図１２は、ＬＣＤ装置２００を有するシステム４００のブロック図を示している。本発明の一実施形態において、システム４００は、複数の画素ユニット２４０及び複数の光起電ユニット３００に結合されたコントローラモジュール４１０を有している。システム４００は更に、複数の画素ユニット２４０及び光起電ユニット３００に結合された電源４２０を有している。一実施形態において、電源４２０は再充電可能な電池である。
【００４２】
一実施形態において、複数の光起電ユニット３００は光エネルギーを得る能力を有する。光起電ユニット３００の第１、第２及び第３の光電池が光を吸収するとき、それらは光エネルギーを電気エネルギーに変換する。第１、第２及び第３の光電池によって生成された電気エネルギーは電源４２０に届けられる。一実施形態において、電源４２０は、生成された電気エネルギーを受け取って貯蔵するために、全ての光起電ユニット３００の光電池電極２７１−２７３又はコモン電極２６１−２６３に結合される。
【００４３】
本発明の一実施形態において、複数の光起電ユニット３００の各々は、光検出器として機能する能力を有する。一実施形態において、コントローラモジュール４１０は全ての光起電ユニット３００の光電池電極２７１−２７３又はコモン電極２６１−２６３に結合される。光電池電極２７１−２７３又はコモン電極２６１−２６３は、各光起電ユニット３００がコントローラモジュール４１０によってアドレス指定（アドレッシング）可能になるように、個々の行及び列にパターニングされることが可能である。これにより、各光起電ユニット３００によって生成された電気エネルギーの量をコントローラモジュール４１０が検出することが可能になる。
【００４４】
一実施形態において、表示装置４００はタッチスクリーン式ディスプレイとして機能する能力を有する。一実施形態において、複数の画素ユニット２４０の画素電極２５１−２５３は、各画素ユニット２４０がコントローラモジュール４１０によってアドレッシング可能になるように、個々の行及び列にパターニングされる。コントローラモジュール４１０は、各光起電ユニット３００によって生成される電気エネルギーの量を或る期間にわたって監視し、それに従って対応する画素ユニット２４０を調整する。例えば、図１２の最も左側の光起電ユニット３００の上方に指が置かれた場合、コントローラモジュール４１０は、最も左側の光起電ユニット３００で生成された電気エネルギーの電荷を検出し、最も左側の光起電ユニット３００の下の画素ユニット２４０によって透過される光の強度を調整する。どのようにコントローラモジュール４１０がプログラムされているかに応じて、コントローラモジュール４１０は、光起電ユニット３００の或る領域内で生成された電気エネルギーの電荷を検出し、表示装置４００に関連画像を表示するように指示することができる。
【００４５】
図１３は、表示装置５００の断面図を分解した構成で示している。本発明の一実施形態において、表示装置５００は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、プラズマディスプレイ又は電気泳動ディスプレイ（ＥＰＤ）とし得る。表示装置５００は、図２に示したＬＣＤ装置２００と同様であるが、バックライトモジュール２１０、水平偏光板２２１及び垂直偏光板２２２を含んでいない。
【００４６】
表示装置５００は、同様に、下部ガラス基板２３１の上に、第１のサブピクセル、第２のサブピクセル及び第３のサブピクセルを有する画素ユニット２４０を含んでいる。図２に関連して説明した液晶層２４１−２４３は、この場合、層５２１、５２２、５２３で置き換えられている。故に、第１、第２及び第３のサブピクセルの各々は、この場合、コモン電極２６１／２６２／２６３と画素電極２５１／２５２／２５３との間に層５２１／５２２／５２３を有する。
【００４７】
表示装置５００がＯＬＥＤディスプレイである場合、層５２１−５２３の各々は複数の有機層からなる。このことは周知であり、ここでは詳細には説明しない。ＯＬＥＤディスプレイの議論においては、第１、第２及び第３のサブピクセルを第１、第２及び第３のＯＬＥＤサブピクセルと称する。一実施形態において、第１、第２及び第３のＯＬＥＤサブピクセルは、異なる色の光を放射する異なる有機マルチレイヤを用いて製造される。例えば、第１のＯＬＥＤサブピクセルは赤色を放射し、第２のＯＬＥＤサブピクセルは緑色を放射し、第３のＯＬＥＤサブピクセルは青色を放射する。
【００４８】
図１３に示した光起電ユニット３００は、図２で述べた実施形態と同様である。故に、第１のＯＬＥＤサブピクセルが赤色４０を放射する場合、第１のＯＬＥＤサブピクセルの上の第１の光起電ユニットは、図１３に示すように、赤色４０が通過して表示スクリーン２８０へと進むことを可能にする。同様に、第２及び第３の光電池は、第２及び第３のＯＬＥＤサブピクセルによって放射された緑色及び青色が通過することを可能にする。また、第１、第２及び第３の光電池は、表示スクリーン２８０を透過した周辺光２０を吸収する（これは図２にて議論したのと同様である）。
【００４９】
他の一実施形態において、第１、第２及び第３のＯＬＥＤサブピクセルは、以下に限られないが赤、緑又は青などの同一色を放射するように製造される。第１、第２及び第３のＯＬＥＤサブピクセルが同じ赤色を放射する場合、第１、第２及び第３の光電池は、赤色が通過することを可能にするように製造されることになる。このことは、第２及び第３の光電池が、図５に示した第１の光電池と同一の構造を有することを意味する。
【００５０】
第１、第２及び第３のＯＬＥＤサブピクセルが白色を放射する場合、図２に関連して述べた第１、第２及び第３の光電池と同一の動作原理がここにも当てはまる。要するに、このことは、第１の光電池が、第１のＯＬＥＤサブピクセルによって放射された白色光４０を、放射白色光から赤色に関する波長域を除いて吸収することを意味する。同様に、第２及び第３の光電池は、第２及び第３のＯＬＥＤサブピクセルによって放射された白色光を、放射白色光から緑色又は青色に関する波長域を除いて吸収する。
【００５１】
一実施形態において、第１、第２及び第３のＯＬＥＤサブピクセルの上に更なるカラーフィルタを設けてもよい。更なるカラーフィルタは、表示装置５００が一層優れた色純度を達成することを可能にする。表示装置５００内へのカラーフィルタの製造は図１１に関連して説明した実施形態と同様であり、ここでは詳細には説明しない。一実施形態において、これらのカラーフィルタを形成することは、第１、第２及び第３のＯＬＥＤサブピクセルが白色を放射する場合に一層望ましいものとなり得る。
【００５２】
表示装置５００がプラズマディスプレイである場合、層５２１−５２３の各々は電離気体（イオン化ガス）を含有するプラズマセルである。プラズマセルの各々は異なる色の蛍光体被膜を有し、これらプラズマセルは異なる色を放射することができる。プラズマディスプレイの議論においては、第１、第２及び第３のサブピクセルを第１、第２及び第３のプラズマサブピクセルと称する。
【００５３】
一実施形態において、第１、第２及び第３のプラズマサブピクセルは異なる色の光を放射する。例えば、第１のプラズマサブピクセルは赤色を放射し、第２のプラズマサブピクセルは緑色を放射し、第３のプラズマサブピクセルは青色を放射する。第１の光電池は、同様に、第１のプラズマサブピクセルによって放射された赤色が通過して表示スクリーン２８０へと進むことを可能にする。同時に、第１の光電池は、表示スクリーン２８０を透過した周辺光を吸収する。同様に、第２及び第３の光電池は、それぞれ、第２及び第３のプラズマサブピクセルによって放射された緑色及び青色が通過することを可能にする。
【００５４】
表示装置５００がＥＰＤディスプレイである場合、層５２１−５２３の各々は、着色された／色素性の微粒子を格納した複数のマイクロカプセルを有する。マイクロカプセルは各々、微粒子への入射光が反射又は吸収の何れかを為されるように、異なる色の微粒子を用いて製造される。一実施形態において、各マイクロカプセルは、逆の電荷を有する白及び黒の色素性微粒子を格納する。一実施形態において、マイクロカプセルは頂部電極と底部電極との間に置かれ、頂部電極及び底部電極が印加電圧に基づいてマイクロカプセル内の微粒子の動きを制御する。この場合、頂部電極及び底部電極は、図１３に示すコモン電極２６１／２６２／２６３及び画素電極２５１／２５２／２５３である。白い色素の微粒子がコモン電極２６１−２６３の方に引き付けられている場合、白い色素の微粒子に入射する如何なる光も反射される。逆に、黒い色素の微粒子がコモン電極２６１−２６３の方に引き付けられている場合、黒い色素の微粒子に入射する如何なる光も吸収される。ＥＰＤディスプレイが白黒カラースキームを用いるとしても、マイクロカプセル群の上にカラーフィルタを実装してカラー画像を表示することができる。ＥＰＤディスプレイの議論においては、第１、第２及び第３のサブピクセルを第１、第２及び第３のＥＰＤサブピクセルと称する。
【００５５】
ＥＰＤディスプレイの動作時、周辺光は表示スクリーン２８０を通って進み、第１、第２及び第３の光電池によって吸収される。第１の光電池は、赤色に対して透明であるので、周辺光のうちの赤色に関する波長域が第１のＥＰＤサブピクセルへと透過されることを可能にする。白い色素の微粒子がコモン電極２６１に引き付けられている場合、第１のＥＰＤサブピクセルに入射する光は第１の光電池の方に反射して戻されることになり、結果として、赤色のみが第１の光電池を通過して表示スクリーン２８０へと伝えられる。第１の光電池及び第１のＥＰＤサブピクセルと同じ動作原理が、第２及び第３の光電池及びＥＰＤサブピクセルにも当てはまる。
【００５６】
一実施形態において、第１、第２及び第３のＥＰＤサブピクセルの上に更なるカラーフィルタが設けられる。これらのカラーフィルタの製造は図１１に関連して説明した実施形態と同様であり、ここでは詳細には説明しない。
【００５７】
一実施形態において、表示装置５００はまた、光検出及びタッチスクリーンの能力を提供し得る。例えば、表示装置５００は、ＬＣＤ装置２００を置き換えることによって、図１２に示したシステム４００に実装されることが可能である。コントローラモジュール４１０及び電源４２０の動作は図１２にて説明した実施形態と同様であるので、ここでは説明しない。
【００５８】
以上、本発明の幾つかの実施形態を説明した。しかしながら、当業者が認識するように、本発明は、説明した実施形態に限定されるものではなく、添付の請求項の主旨及び範囲を逸脱することなく変更や変形を加えて実施され得るものである。
【符号の説明】
【００５９】
２０    周辺光
３０    白色光
２００、２０１  ＬＣＤ装置
２１０  バックライトモジュール
２４０  画素ユニット
２４１、２４２、２４３  液晶層
２５１、２５２、２５３  画素電極
２６１、２６２、２６３  コモン電極
２７１、２７２、２７３  光電池電極
２８０  表示スクリーン
２９１、２９２、２９３  （更なる）カラーフィルタ
３００  光起電ユニット
３１０、３２０、３３０  光起電層
３１１、３１２  界面層
３１４  赤吸収層
３１５  緑吸収層
３１６  青吸収層
３１８  アクセプタ層
３８０  バリア層
４００  システム
４１０  コントローラモジュール
４２０  電源
５００  表示装置
５２１、５２２、５２３  層（有機層、プラズマセル、又はマイクロカプセル等）
【図１】
2010244042.tif 000003
【図２】
2010244042.tif 000004
【図３】
2010244042.tif 000005
【図４】
2010244042.tif 000006
【図５】
2010244042.tif 000007
【図６】
2010244042.tif 000008
【図７】
2010244042.tif 000009
【図８】
2010244042.tif 000010
【図９】
2010244042.tif 000011
【図１０】
2010244042.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2010244042.tif 000015