(57)【要約】  集光型光起電及び表示装置は、バックプレーン基板と、バックプレーン基板にわたって分散配置される複数の光起電素子と、バックプレーン基板にわたって前記光起電素子間に分散配置される複数の表示素子と、バックプレーン基板、前記光起電素子及び前記表示素子上に配置される集光用光学素子とを備えてなる。光学素子は、その光学素子の光軸に対して実質的に平行な方向に伝搬する入射光を光起電素子上に集光するように構成される。光学素子は、表示素子から反射又は放射される光を、光学素子の光軸に対して実質的に平行でない方向に誘導するように構成される。関連する作製方法及び装置を含むアレイについても検討する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光型光起電及び表示装置であって、
バックプレーン基板と、
前記バックプレーン基板にわたって分散配置される複数の光起電素子と、
前記バックプレーン基板にわたって前記光起電素子間に分散配置される複数の表示素子と、
前記バックプレーン基板、前記光起電素子及び前記表示素子上に配置される集光用光学素子と
を含んでなり、
前記光学素子は、該光学素子の光軸に対して平行な方向に伝搬する入射光を前記表示素子から離れるように、かつ前記光起電素子上に集光するように構成され、
前記光軸に対して２度以上の角度で視認されるときに、前記光起電素子を見ることができないように、前記光学素子は、前記表示素子から反射又は放射される光を、前記光学素子の前記光軸に対して平行でない１つ以上の方向に誘導するように構成される、集光型光起電及び表示装置。
【請求項２】
前記光学素子はフレネルレンズ、フレネルレンズのアレイ、レンズ、レンズレットのアレイ、平凸レンズ、平凸レンズのアレイ、両凸レンズ、両凸レンズのアレイ、又はクロス・パンオプティック・レンズのアレイを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光起電素子及び前記表示素子は、前記バックプレーン基板の同一平面上に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記表示素子は、前記光軸に対して２度以上の角度で視認されるときに見ることができる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記光学素子は、前記光軸に対して平行な方向に沿って視認されるときに前記光起電素子を拡大するように、かつ前記光軸に対して平行でない１つ以上の方向に沿って視認されるときに前記表示素子を拡大するように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記光学素子は、前記光軸に対して平行な方向に伝搬する入射光を１０００倍以上集光するように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記光学素子は球面レンズを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記光起電素子は前記バックプレーン基板上にアレイとして配置され、前記光学素子はレンズのアレイを更に備え、前記各レンズは、該レンズのそれぞれの光軸に対して平行である入射光を前記光起電素子のうちの対応する光起電素子上に集束させ、前記表示素子は、前記レンズのそれぞれの焦点間のエリアにおいて前記基板上に前記光起電素子と並置される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記バックプレーン基板上に実装される複数の受け側基板を更に備え、
前記光起電素子及び／又は前記表示素子のうちの１つ以上のものが、前記各受け側基板に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記各受け側基板は単一の光起電回路を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記各光起電素子は、前記光軸に対して異なる位置に配置される前記表示素子の第１の表示素子及び第２の表示素子に隣接し、前記表示素子の前記第１の表示素子は第１の画像に関連付けられ、前記表示素子の前記第２の表示素子は第２の画像に関連付けられ、前記第１の画像及び前記第２の画像は、前記光軸に対して０度でない異なる角度から見ることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記表示素子は受動反射体である、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記表示素子はアクリル樹脂−エポキシ樹脂ブレンドを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記表示素子は制御可能な能動素子である、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記表示素子は、光を放射するように、又は光を放射しないようにそれぞれ制御することができる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記表示素子は、光を吸収するように、又は光を反射するようにそれぞれ制御することができる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記各光起電素子は、前記表示素子のうちの３つに隣接し、該３つの表示素子はそれぞれ異なる３つの色の光を与えるように構成される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記表示素子のうちの３つは、フルカラーピクセルになるように空間的にグループ化される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記表示素子は前記光起電素子内の回路によって制御される、請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】
前記光起電素子及び／又は前記表示素子は印刷可能なチップレットを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記装置はアレイの複数のモジュールのうちの１つを含み、該アレイは該複数のモジュールにわたって単一の画像を表示するように構成され、前記装置の前記表示素子は該単一の画像の一部を与える、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記複数のモジュールを含む前記アレイは共通の支持体上に取り付けられ、
その上に取り付けられた前記アレイを含む追跡システムを更に含み、前記追跡システムは前記共通の支持体を動かして、前記アレイの前記モジュールのそれぞれの前記光学素子の前記光軸が入射光に対して平行になるように、前記アレイの前記モジュールの方向を合わせるように構成される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記各モジュールの前記複数の表示素子のうちの１つ以上のものが、前記単一の画像の異なる部分を画定し、該部分は、前記モジュールの前記光学素子のそれぞれの前記光軸に対して平行でない方向に沿って視認されるときに見ることができる、請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記各バックプレーン基板の前記複数の表示素子のうちの１つ以上のものが前記単一の画像の全体を画定し、前記アレイに対する視認者の視点の違いに基づいて、前記単一の画像の異なる部分が前記各モジュールによって与えられる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
集光型光起電及び表示装置を作製する方法であって、
バックプレーン基板を設けるステップと、
前記バックプレーン基板にわたって分散配置される複数の光起電素子を設けるステップと、
前記バックプレーン基板にわたって前記光起電素子間に分散配置される複数の表示素子を設けるステップと、
前記バックプレーン基板、前記光起電素子及び前記表示素子上に集光用光学素子を設けるステップとを含んでなり、
前記光学素子は、該光学素子の光軸に対して平行な方向に伝搬する入射光を前記表示素子から離れるように、かつ前記光起電素子上に集光するように構成され、
前記光軸に対して２度以上の角度で視認されるときに、前記光起電素子を見ることができないように、前記光学素子は、前表示学要素から反射又は放射される光を、前記光要素の前記光軸に対して平行でない１つ以上の方向に誘導するように構成される、集光型光起電及び表示装置を作製する方法。
【請求項２６】
前記バックプレーン基板上に前記複数の光起電素子を設けるステップは、
ウェハ内に前記複数の光起電素子を形成し、
前記ウェハから前記光起電素子を切り離し、
前記光起電素子をスタンプに接着し、
前記光起電素子を前記バックプレーン基板上にスタンピングすることを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記バックプレーン基板上に前記複数の光起電素子を設けるステップは、
ウェハ内に前記複数の光起電素子を形成し、
前記ウェハから前記光起電素子を切り離し、
前記光起電素子をスタンプに接着し、
前記光起電素子を１つ以上の受け側基板にスタンピングし、
前記１つ以上の受け側基板を前記バックプレーン基板に固定することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記光起電素子を１つ以上の受け側基板にスタンピングするステップは、
前記光起電素子を単一の受け側基板にスタンピングし、
前記単一の受け側基板を複数の個々の受け側基板に切断することを含み、
前記１つ以上の受け側基板を固定するステップは、前記個々の受け側基板を前記バックプレーン基板に固定することを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記各個々の受け側基板は単一の光起電回路を含み、該個々の受け側基板及び該単一の光起電回路は前記光起電素子のうちの１つを画定する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
光起電デバイスであって、
基板であって、該基板の表面上に互いに並置される光起電素子及び少なくとも１つの表示素子を含む、基板と、
前記基板の前記表面上に配置される集光用光学素子であって、該集光用光学素子の光軸に対して軸上を伝搬する入射光を前記少なくとも１つの表示素子から離れるように、かつ前記光起電素子上に誘導し、かつ該光軸に対して２度以上の角度において視認されるときに前記光起電素子を見ることができないように、前記少なくとも１つの表示素子から反射又は放射される光を該光軸に対して軸外に誘導するために、該集光用光学素子は、前記光起電素子が前記光軸を中心にして配置されるように位置合わせされる、集光用光学素子と
を含んでなる、光起電デバイス。
【請求項３１】
前記表示素子は、前記光軸に対して２度以上の角度で視認されるときに見ることができる、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記光学素子は、軸上で視認されるときに前記光起電素子を拡大するように、かつ軸外で視認されるときに前記表示素子を拡大するように構成される、請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記光学素子は、前記軸上を伝搬する入射光を１０００倍以上集光するように構成される、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記光学素子は球面レンズを含む、請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記光起電素子は前記基板の前記表面上にアレイとして配置される複数の光起電素子のうちの１つを含み、
前記光学素子はレンズのアレイを含み、該各レンズは、該レンズのそれぞれの光軸に対して軸上を伝搬する入射光を前記光起電素子のうちの対応する光起電素子上に集束させる、請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの表示素子は、前記レンズのそれぞれの焦点間のエリアにおいて前記基板の前記表面上に前記光起電素子と並置される複数の表示素子を含む、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３７】
前記光起電素子は、前記表示素子よりも、前記基板の前記表面の小さな面積を占有する、請求項３６に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記光起電素子は、前記基板の前記表面の面積の５％未満を占有する、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記基板をその上に実装した、前記基板を含む追跡システムを更に備え、前記追跡システムは、前記レンズの前記それぞれの光軸に対して前記入射光を軸上に伝搬させために前記基板の方向を合わせるように構成される、請求項３６に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記光起電素子及び前記表示素子は、前記基板の同一平面上に配置される、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記基板の前記同一平面は、前記光学素子の焦点面に位置する、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４２】
前記光起電素子は、第１の表示素子及び第２の表示素子に隣接し、前記第１の表示素子は第１の画像に関連付けられ、前記第２の表示素子は第２の画像に関連付けられ、前記第１の画像及び前記第２の画像は、前記光軸に対して軸外の異なる角度から見ることができる、請求項３０に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の光起電デバイスに関し、より詳細には、集積表示素子を組み込む集光型光起電デバイスに関する。
【０００２】
［優先権の主張］
本出願は２０１０年６月７日に米国特許商標局に出願された「Photovoltaic Device with Off-Axis Image Display」と題する米国仮特許出願第６１／３５２，０２８号からの優先権を主張し、その開示内容は、引用することにより、本明細書の一部を成すものとする。
【背景技術】
【０００３】
種々の電子システム、例えば、フラットパネル液晶若しくはＯＬＥＤ表示デバイスのような画像デバイス、及び／又はデジタル・ラジオグラフィー・プレート（digital radiographic plate）において、能動電子部品がその上に配置されるか、又はその大きさにわたって分散配置される大型基板が用いられる場合がある。能動電子構成要素を備える大型基板は、フラットパネル太陽電池においても見られる。
【０００４】
集光型光起電（ＣＰＶ）太陽電池システムはレンズ又はミラーを用いて、相対的に大きな面積の日光を相対的に小さな太陽電池上に集束させる。太陽電池は集束された日光を電力に変換する。日光を小さな面積に光学的に集光することによって、変換性能が高い少数の小型の太陽電池を用いて、少ないコストでより効率的な光起電システムを作製することができる。集光型光起電システムの性能を高めるか、又は最大にするために、ＣＰＶシステムは、ＣＰＶシステム光学系を光源（通常は太陽）と位置合わせする追跡システム上に取り付けることができる。軽量化及び小型化するために、ＣＰＶシステムとともにフレネルレンズを用いることができる。
【０００５】
集光型光起電システムは通常、工業規模の発電設備によって用いられ、景観において著しい面積を占有する可能性がある。これらのシステムの外観は景観に影響を及ぼし、過度に人目を引くか、見苦しいか、又は単調である可能性があるので、結果として、そのようなシステムは世間から反感を受ける可能性がある。さらに、そのようなＣＰＶシステムによって占有される空間、又はその周囲の空間を、ＣＰＶシステムの集光能力を妨げることも、ＣＰＶシステムの効率を下げることもなく、同時に他の目的のために使用することは難しい場合がある。
【０００６】
太陽電池アレイ及びその一部の変化する熱画像及び他の特徴的な画像を観測することを通じて性能低下又は性能変動を判断するために、地上及び宇宙の両方からの画像を取り込むことによって太陽電池アレイの画像を作成することが知られている。しかしながら、太陽電池アレイの遠隔画像を取り込んで、その性能を判断することは、その外観を改善することもなければ、そのアレイのための更なる用途も提供しない。
【０００７】
「Solar Panel」と題する特許文献１は、パネル前面及びパネル背面を有する太陽電池パネルを開示しており、そのパネルは、間隔を置いて配置される太陽電池セルのアレイと、視覚的に区別可能な特徴を含む要素とを備える。少なくとも前面が太陽光を電気エネルギーに変換することができる。視覚的に区別可能な特徴はパネル前面から見ることができ、デザイン、色、模様、絵、広告、テキスト等を含みうる。１つの実施の形態では、その特徴はアレイの太陽電池セル間に配置され、別の実施の形態では、その特徴は１つ以上のＬＥＤ又はＬＣＤを含みうる。しかしながら、パネル背面上の特徴を見ることができるように太陽電池間に間隔を設けることによって、効率を少なくとも或る程度犠牲にするので、このシステムは日光を効率的に集光することができないと同時に、容易に視覚的に区別可能な特徴を与えることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２７７８１０号
【発明の概要】
【０００９】
本概要は、簡略化した形態で概念のうちの抜粋したものを紹介するために設けられ、それらの概念は、以下の詳細な説明で更に述べられることが理解されるべきである。本概要は、本開示の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することも意図していなければ、本開示の範囲を制限することも意図していない。
【００１０】
本発明の幾つかの実施の形態によれば、集光型光起電及び表示装置が、
バックプレーン基板と、
前記バックプレーン基板上に配置される複数の光起電素子と、
前記バックプレーン基板上で前記光起電素子間に配置される複数の表示素子と、
前記バックプレーン基板、前記光起電素子及び前記表示素子上に配置される光学素子とを備える。前記光学素子は、その光学素子の光軸に対して実質的に平行な方向に伝搬する入射光を光学素子から離れるように誘導し、この入射光を前記光起電素子上に集光するように構成される。光学素子は、前記表示素子から反射又は放射される光を、前記光学素子の光軸に対して実質的に平行でない１つ以上の方向に誘導するように更に構成される。
【００１１】
幾つかの実施の形態では、前記光学素子は、フレネルレンズ、フレネルレンズのアレイ、レンズ、レンズレットのアレイ、平凸レンズ、平凸レンズのアレイ、両凸レンズ、両凸レンズのアレイ、又はクロス・パンオプティック・レンズのアレイを含む。
【００１２】
幾つかの実施の形態では、前記光起電素子及び前記表示素子は、前記バックプレーン基板の同一平面上に配置される。
【００１３】
幾つかの実施の形態では、光軸に対して平行でない１つ以上の方向に沿って視認されるときに、その光起電素子は実質的に見ることはできない。
【００１４】
幾つかの実施の形態では、前記光学素子は、前記光軸に対して実質的に平行な方向に沿って視認されるときに前記光起電素子を拡大するように、かつ前記光軸に対して平行でない１つ以上の方向に沿って視認されるときに前記表示素子を拡大するように構成される。
【００１５】
幾つかの実施の形態では、前記光起電素子は前記バックプレーン基板上にアレイとして配置される。前記光学素子はレンズのアレイを備えることができ、前記各レンズは、そのレンズのそれぞれの光軸に対して実質的に平行である入射光を前記光起電素子のうちの対応する光起電素子上に集束又は集中させることができる。
【００１６】
幾つかの実施の形態では、装置は、前記バックプレーン基板上に実装される複数の受け側基板を備える。前記光起電素子及び／又は前記表示素子のうちの１つ以上のものを前記各受け側基板上に配置することができる。
【００１７】
幾つかの実施の形態では、各光起電素子は、バックプレーン基板上の表示素子のうちの１つ以上のものと隣接する。例えば、各光起電素子は、表示素子のうちの第１の素子及び第２の素子に隣接することができる。表示素子のうちの第１の表示素子は光軸に対して０度でない第１の角度から見ることができる第１の画像と関連付けることができ、表示素子のうちの第２の表示素子は光軸に対して０度でない第２の異なる角度において見ることができる第２の画像と関連付けることができる。０度でない第１の角度及び第２の角度は相補的な角度とすることができる。表示素子のうちの第１の表示素子及び第２の表示素子は、光軸に対して異なる位置においてバックプレーン基板上に配置することができる。
【００１８】
幾つかの実施の形態では、各光起電素子は表示素子のうちの２つ以上の表示素子に隣接し、表示素子のうちの２つ以上の表示素子は、それに関連付けられる異なる色又は画像を有する。
【００１９】
幾つかの実施の形態では、前記表示素子は受動反射体である。例えば、前記表示素子はアクリル樹脂−エポキシ樹脂ブレンドを含みうる。
【００２０】
幾つかの実施の形態では、前記表示素子は制御可能な能動素子である。
【００２１】
幾つかの実施の形態では、前記表示素子は、光を放射するように、又は光を放射しないようにそれぞれ制御することができる。
【００２２】
幾つかの実施の形態では、前記表示素子は、光を吸収するように、又は光を反射するようにそれぞれ制御することができる。
【００２３】
幾つかの実施の形態では、前記各光起電素子は、前記表示素子のうちの３つに隣接し、表示素子のうちのこれらの３つはそれぞれ異なる３つの色の光を与えるように構成される。例えば、表示素子のうちのこれら３つは、フルカラーピクセルになるように空間的にグループ化することができる。
【００２４】
幾つかの実施の形態では、前記表示素子は前記光起電素子内の回路によって制御される。
【００２５】
幾つかの実施の形態では、前記光起電素子及び／又は前記表示素子は印刷可能なチップレットとすることができる。
【００２６】
幾つかの実施の形態では、前記装置はアレイの複数のモジュールのうちの１つとすることができる。該アレイは該複数のモジュールにわたって単一の画像を表示するように構成することができ、前記装置の前記表示素子は該単一の画像の一部を与えることができる。
【００２７】
本発明の更なる実施の形態によれば、集光型光起電及び表示装置を作製する方法は、
バックプレーン基板を設けるステップと、
前記バックプレーン基板にわたって分散配置される複数の光起電素子を設けるステップと、
前記バックプレーン基板にわたって前記光起電素子間に分散配置される複数の表示素子を設けるステップと、
前記バックプレーン基板、前記光起電素子及び前記表示素子上に集光用光学素子を設けるステップとを含んでなる。前記光学素子はその光学素子の光軸に対して実質的に平行な方向に伝搬する入射光を前記光起電素子上に、かつ光学素子から離れるように集光するように構成される。
前記光学素子は、前記光学素子から反射又は放射される光を、前記光学素子の光軸に対して実質的に平行でない方向に誘導するように更に構成される。
【００２８】
幾つかの実施の形態では、前記バックプレーン基板上に前記複数の光起電素子を設けるステップは、
ウェハ内に前記複数の光起電素子を形成するステップと、
前記ウェハから前記光起電素子を切り離すステップと、
前記光起電素子をスタンプに接着するステップと、
前記光起電素子を前記バックプレーン基板上にスタンピングするステップとを含む。
【００２９】
幾つかの実施の形態では、前記バックプレーン基板上に前記複数の光起電素子を設けるステップは、
ウェハ内に前記複数の光起電素子を形成するステップと、
前記ウェハから前記光起電素子を切り離すステップと、
前記光起電素子をスタンプに接着するステップと、
前記光起電素子を１つ以上の受け側基板にスタンピングするステップと、
前記１つ以上の受け側基板を前記バックプレーン基板に固定するステップとを含む。
【００３０】
幾つかの実施の形態では、前記光起電素子を１つ以上の受け側基板にスタンピングするステップは、
前記光起電素子を単一の受け側基板にスタンピングするステップと、
前記単一の受け側基板を複数の個々の受け側基板に切断するステップとを含む。
前記個々の受け側基板は、前記バックプレーン基板に固定することができる。
【００３１】
幾つかの実施の形態では、前記各個々の受け側基板は単一の光起電回路を含み、前記個々の受け側基板及び前記単一の光起電回路は前記光起電素子のうちの１つを画定する。
【００３２】
本発明のより更なる実施の形態によれば、集光型光起電及び表示システムは複数のバックプレーン基板と、各バックプレーン基板にわたって分散配置される複数の光起電素子と、各バックプレーン基板にわたって光起電素子間に分散配置される複数の表示素子と、各バックプレーン基板、並びにその光起電素子及び表示素子上に配置されるそれぞれの光学素子とを含む。それぞれの光学素子は、その光学素子の光軸に対して実質的に平行な方向に伝搬する入射光を対応するバックプレーン基板の光起電素子上に、かつ表示素子から離れるように集光するように構成される。それぞれの光学素子は、対応するバックプレーン基板の表示素子から反射又は放射される光を、光学素子の光軸に対して実質的に平行でない方向に誘導するように構成される。
【００３３】
幾つかの実施の形態では、複数のバックプレーン基板は共通の支持体上にアレイとして取り付けられ、そのアレイは複数のバックプレーン基板にわたって単一の画像を表示するように構成される。例えば、各バックプレーン基板の複数の表示素子のうちの１つ以上のものが単一の画像の異なる部分を画定することができ、単一の画像の異なる部分は、その光学素子のそれぞれの光軸に対して実質的に平行でない方向に沿って視認されるときに見ることができる場合がある。それに加えて、又は代替的に、各バックプレーン基板の複数の表示素子のうちの１つ以上のものが単一の画像の全体を画定することができ、単一の画像の異なる部分は、アレイに対する視認者の視点の違いに基づいて、各バックプレーン基板上で見ることができる場合がある。
【００３４】
本発明の他の実施の形態によれば、集光型光起電及び表示装置は、バックプレーン基板と、バックプレーン基板に実装される１つ以上の受け側基板と、各受け側基板にわたって分散配置される複数の光起電素子と、バックプレーン基板又は各受け側基板にわたって光起電素子間に分散配置される複数の表示素子と、バックプレーン基板、光起電素子及び表示素子上に配置される光学素子とを含む。光学素子は、その光学素子の光軸に対して実質的に平行な方向に伝搬する入射光を、光起電素子上に、かつ表示素子から離れるように集光するように構成される。光学素子は、表示素子から反射又は放射される光を、光学素子の光軸に対して実質的に平行でない方向に誘導するように更に構成される。
【００３５】
本発明の更に他の実施の形態によれば、集光型光起電及び表示装置は、バックプレーン基板と、バックプレーン基板に実装される１つ以上の受け側基板と、各受け側基板が光起電素子を形成する単一の光起電回路を有するように各受け側基板上に配置された光起電素子と、バックプレーン基板又は受け側基板にわたって光起電素子間に分散配置される複数の表示素子と、バックプレーン基板、光起電素子及び表示素子上に配置される光学素子とを含む。光学素子は、その光学素子の光軸に対して実質的に平行な方向に伝搬する入射光を、光起電素子上に、かつ表示素子から離れるように集光するように構成される。光学素子は、表示素子から反射又は放射される光を、光学素子の光軸に対して実質的に平行でない方向に誘導するように更に構成される。
【００３６】
本発明のまた更なる実施の形態によれば、集光器タイプの光起電デバイスが、基板を備え、この基板は、基板の表面上に互いに並置される光起電素子及び少なくとも１つの表示素子と、基板の表面上に配置される光学素子とを含む。光学素子は、その光学素子の光軸に対して軸上を伝搬する入射光を少なくとも１つの表示素子から離れるように、かつ光起電素子上に誘導し、そして、少なくとも１つの表示素子から反射又は放射される光を光軸に対して軸外に誘導するように構成される。
【００３７】
したがって、本発明の実施の形態は、同じバックプレーン上に高性能で効率的な光起電デバイス及び表示素子を提供する。
【００３８】
幾つかの実施の形態による他の方法及び／又はデバイスは、添付の図面及び詳細な説明を精査すると、当業者には明らかになるであろう。上記の実施の形態のありとあらゆる組み合わせに加えて、全てのそのような更なる実施の形態は、この説明に含まれ、本発明の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】表示素子及び光起電素子を有する、本発明の一実施形態を示す断面図である。
【図２】各光起電素子に関連付けられる表示素子を有する、本発明の一実施形態を示す断面図である。
【図３】光起電素子間に配置される２つの表示素子を有する、本発明の一実施形態を示す断面図である。
【図４】光起電素子間に配置される３つの表示素子を有する、本発明の一実施形態を示す断面図である。
【図５】単一の表示素子を有し、図１の断面図に対応する、本発明の一実施形態を示す平面図である。
【図６】各光起電素子に関連付けられる表示素子を有し、図２の断面図に対応する、本発明の一実施形態を示す平面図である。
【図７】３つの表示素子を有する、本発明の一実施形態を示す平面図である。
【図８】直角における本発明の一実施形態の外観を示す平面図である。
【図９】軸外角度における本発明の一実施形態の外観を示す平面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、バックプレーン基板上に配置されるチップレット表示素子コントローラを有する表示素子のアレイを示す斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、バックプレーン基板上に配置される光起電及び表示素子チップレットのアレイを示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態の場合に有用なフレネルレンズのアレイを含む光学素子を示す平面図である。
【図１３】本発明の一実施形態による、放射された光線のパターンを示す断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態による左から見た発光体のパターンを示す斜視図である。
【図１５】本発明の一実施形態による右から見た発光体のパターンを示す斜視図である。
【図１６】支持体上に取り付けられた本発明の一実施形態を示す斜視図である。
【図１７Ａ】本発明の一実施形態による、装置を作製する方法を示す流れ図である。
【図１７Ｂ】本発明の一実施形態による、装置を作製する方法を示す流れ図である。
【図１７Ｃ】本発明の一実施形態による、装置を作製する方法を示す流れ図である。
【図１８Ａ】本発明の一実施形態による、レンズレットを有する光学素子の断面図である。
【図１８Ｂ】本発明の一実施形態による、六方最密アレイを成す円形レンズレットを有する光学素子の平面図である。
【図１８Ｃ】本発明の一実施形態による、正長方形アレイを成す正方形レンズレットを有する光学素子の平面図である。
【図１９】本発明の一実施形態による、平坦化層を有するバックプレーン基板の断面図である。
【図２０】本発明の一実施形態による、集光型光起電及び表示装置のアレイの平面図である。
【図２１Ａ】本発明の一実施形態による、装置を作製する方法を示す流れ図である。
【図２１Ｂ】本発明の一実施形態による、装置を作製する方法を示す流れ図である。
【図２２】本発明の一実施形態による、受け側基板のアレイを有するバックプレーン基板の斜視図である。
【図２３】本発明の代替の実施形態による、光起電回路を有する受け側基板のアレイを有するバックプレーン基板の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図面の個々の要素はサイズの違いがあまりに大きく、縮尺通りに描写することができないので、それらの図は縮尺通りに描かれていない。
【００４１】
これより、本発明について、本発明の実施形態が示される添付図面を参照して以下においてより十分に説明する。しかし、本発明は、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全かつ完璧なものになり、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供される。図面において、層の厚さ及び領域は明確にするために強調されている。同様の番号が、全体を通して同様の要素を指す。
【００４２】
層、領域又は基板のような要素が別の要素「上に（on）」あるか、又は別の要素「上に（onto）」延在すると言うとき、その要素は他の要素上に直接存在、若しくは他の要素上に直接延在することができるか、又は介在する要素が存在する場合もあることは理解されよう。対照的に、要素が別の要素「上に直接（directly on）」存在するか、又は別の要素「上に直接（directly onto）」延在すると言うとき、介在する要素は存在しない。また、要素が別の要素に「接触している」、「接続される」又は「結合される」と言うとき、その要素はその別の要素に直接接触するか、直接接続されるか、若しくは直接結合されることができるか、又は介在する要素が存在する場合があることも理解されよう。対照的に、要素が別の要素に「直接接触している」、「直接接続される」又は「直接結合される」と言うとき、介在する要素は存在しない。
【００４３】
種々の要素を説明するために、本明細書において用語「第１の」、「第２の」等が用いられる場合があるが、これらの要素はこれらの用語によって制限されるべきではないことも理解されよう。これらの用語は、要素を互いに区別するためにのみ用いられる。本発明の範囲から逸脱することなく、例えば、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。
【００４４】
さらに、図面に示されるような１つの要素の別の要素に対する関係を説明するために、本明細書において「下」、「下側」又は「底部」及び「上」、「上側」又は「上部」のような相対語が用いられる場合がある。相対語は、図面に示される向きに加えて、デバイスの種々の向きを包含することが意図されていることは理解されよう。例えば、図のうちの１つにおいてデバイスが裏返しにされている場合には、他の要素の「下側」にあると説明される要素は、これらの他の要素の「上側」に向けられることになる。それゆえ、例示的な用語「下側」は、図の特定の向きに応じて、「下側」及び「上側」の両方の向きを包含することができる。同様に、図のうちの１つにおいてデバイスが裏返しにされている場合には、他の要素の「下方」又は「真下」にあると説明される要素は、これらの他の要素の「上方」に向けられることになる。それゆえ、例示的な用語「下方」又「真下」は、上方及び下方の両方の向きを包含することができる。
【００４５】
本明細書において本発明の説明に用いられる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本発明の限定を意図するものではない。本発明の説明及び添付の特許請求の範囲において用いられる場合、文脈によりその他の場合が明らかに示される場合を除き、数量が特定されていないものは、単数及び複数を包含することを意図される。本明細書において用いられる場合、用語「及び／又は（and/or）」は、関連付けられて列挙された項目のうちの１つ以上の任意又は考え得る全ての組み合わせを指し、それらを包含することも理解されよう。本明細書において用いられる場合、用語「備える、含む（comprises）」及び／又は「備えている、含んでいる（comprising）」が、述べられている特徴、完全体（integers）、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は追加を除外しないことが更に理解されよう。
【００４６】
本発明の実施形態が、本発明の理想的な実施形態（そして中間構造）の概略図である断面図を参照しながら本明細書において説明される。したがって、例えば、製造技法及び／又は公差の結果として図の形状からの変化が予想されることになる。したがって、本発明の実施形態は、本明細書において示される領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば、製造から生じる形状のずれを含むことになる。言い換えると、図に示される領域は実際には概略的であり、その形状は、デバイスの領域の実際の形状を示すことを意図するものではなく、本発明の範囲を制限することも意図するものではない。
【００４７】
別段の定めがない限り、科学技術用語を含む、本発明の実施形態を開示する際に用いられる全ての用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有し、本発明が記述される時点において知られている特定の定義に必ずしも限定されない。したがって、これらの用語は、その時点の後に作成された同義語を含みうる。一般的に用いられる辞書において定義されるような用語は、本明細書において、及び関連技術の文脈においてそれらの用語が意味するのと一致する意味を有するように解釈されるべきであり、本明細書において明らかに定義されない限り、理想的な、又はあまりにも形式張った意味に解釈されないことは更に理解されよう。本明細書において言及される全ての刊行物、特許出願、特許及び他の参考文献は、その全体を引用することにより本明細書の一部を成すものとする。
【００４８】
図１の断面図を参照すると、本発明の一実施形態による光起電及び表示装置５は、バックプレーン基板１０と、バックプレーン基板１０にわたって分散配置される複数の光起電素子２０と、バックプレーン基板１０にわたって光起電素子２０間に分散配置される複数の表示素子３０と、バックプレーン基板１０、光起電素子２０及び表示素子３０上に配置される光学素子４０とを備える。光学素子４０は、垂直に入射する光Ａを光起電素子２０上に誘導するように設計され、光学素子４０は、表示素子３０から反射又は放射される光Ｂを垂直から離れた方向に誘導するように設計される。バックプレーン基板１０に固定されたカバー５０が、光起電及び表示装置５を保護することができる。光学素子４０はカバー５０に固定することができる。入射光Ａ及び反射光又は放射光Ｂは、光学素子４０を通り抜ける。
【００４９】
光起電素子２０は、バックプレーン基板１０上に直接実装されるか、又はバックプレーン基板１０に実装される単数又は複数の中間構造上に実装される、入射する放射に応答して電流を生成する光起電回路を含みうる。いずれの場合でも、光起電素子２０はバックプレーン基板１０にわたって分散配置され、表示素子３０は、バックプレーン基板１０にわたって光起電素子２０間に分散配置される。複数の光学素子４０を用いることができ、各光起電素子２０に個々に関連付けることができる。
【００５０】
光起電素子２０は、例えば、バックプレーン基板面積の２５％未満、バックプレーン基板面積の１０％未満、又は更にはバックプレーン基板面積の５％未満を占有する、周期的、又は規則的に散在するアレイをバックプレーン基板１０上に形成することができる。光起電素子２０によって覆われる実際の面積は、光起電素子２０内の感光面積の大きさ、光学素子４０の解像力、及び光学素子４０と光起電素子２０との間の距離、並びに他の製造プロセスの問題に依存する可能性がある。本発明の一実施形態では、光起電素子２０及び表示素子３０は光学素子４０の焦点面にある。しかしながら、他の実施形態では、光起電素子２０及び表示素子３０は、光学素子４０の焦点面に対応しない共通の平面上に設けることができる。
【００５１】
本明細書において用いられるときに、垂直は、基板と実質的に直交する角度であり、その角度は、基板の表面に対して約９０度の角度である。例えば、光線Ａが光起電及び表示装置５に突き当たる角度はカバー５０の表面及び光学素子４０の背面に対して約９０度であるので、光線Ａは光起電及び表示装置５上に垂直に入射する。垂直から離れる方向は、基板の表面に対して約９０度を成さない角度である。例えば、光線Ｂは、カバー５０の表面、又はカバー５０に固定された光学素子４０の平坦な背面４４に対して約９０度でない角度で光起電及び表示装置５から出射する。光学素子４０は、光軸を有するレンズ、又はレンズのような素子を含みうる。したがって、光学素子４０の光軸に対して実質的に平行に伝搬する光線は「軸上」光線とみなされ（例えば、光線Ａ）、光学素子４０の光軸に対して実質的に平行に伝搬しない光線は「軸外」とみなされる（例えば、光線Ｂ）。
【００５２】
任意の実用システムでは光学素子及び位置合わせは不完全であると理解される。したがって、本明細書において光学素子４０の光軸に対して「実質的に平行な」方向を有すると記述される入射光は、光軸に対して厳密に平行に伝搬しない場合があり、例えば、入射光は、光起電及び表示装置５に厳密に９０度で突き当たらない場合がある。例えば、光学素子４０が入射光の１１００倍（１１００×）の集光を提供する幾つかの実施形態では、光軸に対して実質的に平行である光は垂直から±０．８度である光を含む場合がある。また、光学素子４０が入射光の１０００倍（１０００×）の集光を提供する他の実施形態では、光軸に対して実質的に平行である光は垂直から±２度である光を含む場合がある。
【００５３】
図８を参照すると、光学素子は直角において光起電素子を拡大することができるので、直角における光起電及び表示装置５の平面図は、バックプレーン基板１０にわたって分散配置される大きな光起電素子２０’のアレイの外観を与える。大きな光起電素子２０’のアレイは、バックプレーン基板１０の面積のうちの多くを覆うように見える。相対的に小さな面積のみの表示素子３０’が現れる。言い換えると、光学素子は、バックプレーン基板１０に対して垂直である入射光の向きを表示素子３０’から離れるように変更する。
【００５４】
対照的に、図９を参照すると、軸外角度における光起電及び表示装置５の平面図は、表示素子の外観を与える。表示素子３０’’がバックプレーン基板１０の面積を覆うように見え、それによってほとんどの軸外の視点又は距離において光起電素子を実質的に見ることができないか、又は見ることができない。しかしながら、幾つかの実施形態では、非常に近い距離において、或る軸外角度で光起電素子の部分を見ることができる場合がある。
【００５５】
光学素子４０は、光起電素子上に光を集光するように構成される任意の光学素子とすることができる。例えば、光学素子４０はレンズレットのアレイ、又はフレネルレンズ４２のアレイとすることができる。代替的には、光学素子４０は平凸レンズ若しくは平凸レンズのアレイ、又は両凸レンズ若しくは両凸レンズのアレイとすることができる。また、光学素子４０は、一連のクロス・パンオプティック・レンズ（crossed panoptic lenses）を含むこともでき、その場合、第１のパンオプティックレンズ及び第２のパンオプティックレンズが直交するように配置される。フレネルレンズは質量が小さく、薄いので、別の方法では所望のレンズが大きいか、又は長い焦点距離を有するときに、図１に示されるようなフレネルレンズ４２が有用である。図１８Ａの断面図及び図１８Ｂの平面図は、レンズレット４６のアレイを有する光学素子４０を示しており、垂直に入射する光が光起電素子２０上に集光される。図１８Ａは、図１８Ｂの線９に沿って見た断面図である。フレネルレンズ及びレンズレットのアレイは、型打ちされたか、成形されたか、切断されたか、又はエッチングされたポリマーシートから形成することができる。図１２の平面図を参照すると、光学素子４０は、フレネルレンズ４２の規則的なアレイを含む。再び図１を参照すると、垂直に入射する周囲光Ａ、例えば、日光が対応するレンズ４２によってアレイ内の各光起電素子２０上に誘導されるように、複数の光起電素子２０をレンズのアレイに対応する規則的なアレイとして配置することができる。本発明の光起電及び表示装置５は、相対的に大きな面積（各レンズ４２の大きさ）にわたって入射する光を、相対的に小さな面積（光起電素子２０の感光部分の大きさ）上に集光するので、集光型光起電（ＣＰＶ）システムである。
【００５６】
本発明の種々の実施形態において、種々の配置、タイプ及び形状のレンズを用いることができる。図１２に示されるように、光学素子は、正長方形アレイとして配置される複数の別々のレンズを含むことができ、各レンズの場所は対応する光起電素子の場所に位置合わせされるか、又は別の方法で対応する。レンズは、共通の基板の一部とすることができるか、又は共通の基板上に実装することができる。代替的には、図１８Ｂに示されるように、光学素子は六方最密アレイとして配置される複数の別々のレンズを含むことができ、各レンズの場所は対応する光起電素子の場所に対応する。レンズが入射光を対応する光起電素子上に集光するように、各レンズの場所が対応する光起電素子の場所に対応する限り、他のレンズ配置を用いることもできる。
【００５７】
レンズは長方形の周囲を有することができるか（図１２及び図１８Ｃに示される）、又は円形の周囲を有することができる（図１８Ｂに示される）。レンズの周囲は光起電素子上への入射光の集光を高めるか、又は最大にするように選択することができる。レンズは種々のタイプからなることができる。図１〜図４、図１２及び図１３にはフレネルレンズが示されており、図１８Ａには平凸レンズのアレイが示される。他のレンズタイプを用いることもできるが、光を集束させるのに、通常は正レンズが好ましい。所望のシステムの光学的設計及び制約に応じて、両凸（biconvex）、平凸、両凸（double-convex）、クロス・パンオプティック、球面及び非球面のレンズを用いることができる。図１８Ｃに示される本発明の一実施形態によれば、光学素子４０は、平凸レンズ４７の正長方形のアレイを含みうる。
【００５８】
光起電素子２０は、シリコン、ガリウムヒ素、又は他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のような結晶半導体材料内に構成される光起電回路を含みうる。光起電回路は、異なる結晶構造、ドープ層及び半導体接合部を備える複数の層を有することができる。光起電素子２０はチップレットを含むことができ、光起電回路部に加えて制御回路部も含みうる。チップレットは、小さすぎて従来の手段を用いて配置することができないが、後に説明されるようにバックプレーン基板１０上にスタンピングされる小さな集積回路基板とすることができる。代替的には、光起電素子２０は面実装可能な集積回路を含みうる。光起電素子は集積回路のみを含むこともできるし、基板、接続ワイヤ、及び集積回路又は別の非集積回路をなす光起電回路を含むアセンブリを含みうる。
【００５９】
光起電素子２０は、接着層１２を用いてバックプレーン基板１０に接着することができ、光起電素子２０が接着層１２及びバックプレーン基板１０上に配置された後に接着層が硬化される。表示素子３０は、同様にバックプレーン基板１０に接着されるチップレットのような別の素子とすることができるか、又は接着層１２の上、若しくはバックプレーン基板１０の上、又はその両方の上に構成される薄膜回路を含みうる。バックプレーン基板１０は、例えば、ガラス、金属又はポリマーとすることができる。同様に、カバー５０は、例えば、透明なガラス又はポリマーとすることができる。光起電素子２０は、バックプレーン基板１０上に直接形成されるのではなく、バックプレーン基板１０上に配置することができるので、本発明の一実施形態では、バックプレーン基板１０は平滑である必要も、気密封止を設ける必要もない。
【００６０】
表示素子３０は、本発明の種々の実施形態に従って種々の方法において実現することができる。一実施形態では、表示素子３０は、図１の断面図及び図５の平面図において示されるように、単一の受動反射層である。受動反射層は入射光を反射し、その挙動を変更するように制御されない。図５に示される断面６が図１に対応する。単一の反射層は、草又は砂のような光起電及び表示装置の周囲にあるものに溶け込むように選択された単色、例えば、緑色又は黄褐色とすることができる。代替的には、単一の反射層は、メッセージを表示するか、又は静止画像若しくはシーンを描写するか、又は光起電及び表示装置を軸外角度において視認する視認者に別の方法で情報を伝達する色のパターンを含みうる。本発明の実施形態では、受動反射層は、ソルダーダム材料、例えば、アクリル樹脂−エポキシ樹脂ブレンドを含みうる。これらの事例では、単一の反射層をパターニングすることができるので、受動反射層が、複数の表示素子３０を提供すると考えられる。したがって、各表示素子３０は同じものとすることも、異なるものとすることもできる。受動反射層は、バックプレーンからの反射を異なる角度において見ることができるような乱反射性とすることができるか、又は、バックプレーン基板上の異なる場所からの異なる反射を、光学素子４０を通して異なる角度において見ることができるような正反射性とすることができる。反射層は、乱反射性及び正反射性のいずれにおいても、例えば、スクリーン印刷、マスクを通してのスプレー塗装、又は手作業による着色によってパターニングすることができる。バックプレーン基板１０を最初に着色し、その後、光起電素子２０を設けることができる。その後、バックプレーン基板１０を処理して、光起電素子２０によって与えられる電流を収集するための電気的接続を設けることができる。代替的には、バックプレーン基板１０は、光起電素子２０が配置された後に、かつ光起電素子２０が電気的に接続される前、又は接続された後に、受動反射層を設けられることができる。バックプレーン基板１０は、例えば、電気的接続、平坦化層及びパターニングされた金属層を設けるためにフォトリソグラフィ技術において用いられる基板処理方法を用いて処理することができる。
【００６１】
本発明の代替の実施形態では、表示素子は、受動素子ではなく、能動素子とすることができる。能動表示素子は光の放射又は吸収を制御することができ、それにより、能動表示素子は、光を放射するか、若しくは光を放射しないように、又は光を吸収するか、若しくは光を吸収しないように表示素子を制御する。例えば、液晶ディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイ、無機発光ダイオードディスプレイ、及び／又は他の光源を本発明の実施形態において能動表示素子として用いることができる。そのような能動表示素子及び／又は付加的な光源は、例えば、装置５の夜間照明のために用いることができる。表示素子は、ディスプレイ製造業において用いられる大型基板フォトリソグラフィプロセスを用いて、光起電素子と同様に電気的に接続することができる。表示素子はバックプレーン基板上に直接形成することができるか、又は別の基板上に形成し、その後、バックプレーン基板に貼り合わせて、コントローラに電気的に接続することができる。電気的な相互接続は、バックプレーン基板（又はバックプレーン基板上に形成される層）上に直接形成することができるか、又は外部コントローラに接続される別のワイヤを含みうる。
【００６２】
光起電素子間に、又は光起電素子の周囲に複数の異なる表示素子を設けることができる。図２の断面図及び図６の平面図を参照すると、異なる表示素子を各光起電素子２０に関連付けることができ、バックプレーン基板１０上の光起電素子２０の周囲に配置することができる。図６の断面７は図２に対応する。本発明の代替の実施形態（図示せず）では、関連付けられる表示素子は、光起電素子２０間に配置することができる。ディスプレイ技術の当業者によって容易に理解されるような他の配置も可能である。図２及び図６に示されるように、異なる光起電素子２０の周囲に、３つの異なる表示素子３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂがそれぞれ配置される。図６は、光起電素子２０と表示素子３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂとの間の電気的接続３４と、光起電素子２０と外部接続又はコントローラ（図示せず）との間の電気的接続３６とを示す。これらの異なる表示素子３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを、異なる光起電素子２０内の回路部によって異なるように制御し、光を或るパターンにおいて放射又は反射して、軸外視認者に情報、例えば、様々な文字、画像又はグラフィックスを与えることができる。光起電素子２０内の回路部によって制御される表示素子は、例えば、液晶又は発光ダイオードを含みうる。
【００６３】
表示素子３０の別の配置が図３の断面図及び図７の平面図において示される。図７に示される断面８は図３に対応する。表示素子３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂは光起電素子２０間に様々に配置される。図４を参照すると、表示素子３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂは光起電素子２０間にストライプ状に配置される。これらの配置、及び他の配置はディスプレイ技術の当業者には明らかになるであろう。例えば、２つ、３つ又は４つ以上の異なる表示素子を用いることができる。
【００６４】
本発明の一実施形態では、表示素子は、パッシブマトリックス制御方法を用いて外部から制御することができる。本発明の代替の実施形態では、表示素子を制御するために、バックプレーン基板上に付加的な回路部を設けることができる。図１０に示されるように、バックプレーン基板１０は、入射する日光を電力に変換する光起電素子２０のアレイを含む。制御回路３２が、表示素子３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂを制御する。表示素子制御回路３２は、例えば、バックプレーン基板１０上に配置される薄膜回路又はチップレットでありうる。表示素子３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂは、光の吸収を制御する液晶素子、又は同じ色、例えば、白色、又は異なる色、例えば、赤色、緑色及び青色の光を放射する有機発光ダイオード素子とすることができる。表示素子３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂの各グループは、フルカラーディスプレイ内のフルカラーピクセルを形成することができる。図１０では、表示素子３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂ、並びに光起電素子２０は、バックプレーン基板１０上に複数の２×２アレイを形成するが、他の配置も可能である。本発明の一実施形態では、幾つかのフルカラーピクセルが各光起電素子２０間に配置されるように、光起電素子２０は、フルカラーピクセルグループに比べて相対的に疎らである。
【００６５】
図１１を参照すると、表示素子は結晶半導体内に形成される無機発光ダイオードとすることができる。一実施形態では、全ての無機発光ダイオードが１つの色、例えば、白色の光を放射することができる。別の実施形態では、無機発光ダイオード３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂがグループとして空間的に配置され、フルカラーピクセルを形成する。発光ダイオードはチップレットとすることができ、無機発光ダイオード３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂを制御するための制御回路部を含みうる。図１１では、表示素子３１Ｒ、３１Ｇ及び３１Ｂ並びに光起電素子２０はバックプレーン基板１０上に複数の２×２アレイを形成するが、他の配置も可能である。本発明の一実施形態では、幾つかのフルカラーピクセルを各光起電素子２０間に配置できるように、光起電素子２０は、フルカラーピクセルグループに比べて相対的に疎らである。
【００６６】
図１３を参照すると、本発明の一実施形態では、バックプレーン基板１０の垂線に対して異なる軸外角度において異なる画像を視認することができる。光学素子４０は、垂直に入射する光線Ａが光起電素子２０上に誘導されるように、各レンズが１つの光起電素子２０に関連付けられるように配置される、レンズ、例えば、フレネルレンズのアレイを含みうる。レンズの光軸は、図１３内の垂直に入射する光線Ａと実質的に平行に示される。レンズの光軸の一方にある表示素子から放射又は反射される光線Ｘは、光学素子４０によって直角に対して第１の角度で誘導される。レンズの光軸の他方において同様の距離にある表示素子から放射又は反射される光線Ｙは、レンズによって、第１の角度に対して相補的な第２の角度で誘導される。放射又は反射される光線Ｘ及びＹは、アレイ内の各表示素子３０及び対応するレンズ４２によって形成される。したがって、垂直軸又は光軸の左側において装置５を視認する視認者は、表示素子３０Ｘによって放射される光線Ｘを見ることになり、一方、垂直軸又は光軸の右側において装置５を視認する視認者は、表示素子３０Ｙによって放射される光線Ｙを見ることになる。したがって、表示素子３０Ｘは光軸の左側において装置５を視認する視認者から見ることができる第１の画像の部分を与えることができ、表示素子３０Ｙは、光軸の右側において装置５を視認する視認者から見ることができる第２の画像の部分を与えることができる。幾つかの実施形態では、表示素子３０Ｘ及び／又は３０Ｙは、受動表示素子又は静的表示素子とすることができる。
【００６７】
他の実施形態では、表示素子３０Ｘ及び３０Ｙは能動表示素子とすることができる。表示素子３０Ｙと異なるように表示素子３０Ｘを制御することによって、異なる方向において異なる情報を表示することができる。例えば、図１４及び図１５を参照すると、図１３の光線Ｘ及び光線Ｙに対応する光線を用いて、垂線に対して相補的な角度において同じ装置５から２つの異なる画像を同時に表示することができる。図１４に示されるように、表示素子３０Ｘ’’は光を放射又は反射しないように制御され、一方、表示素子３０Ｘ’は光線Ｘ（図１３）を有する光を放射又は反射するように制御され、それにより、第１の角度において視認されるときに文字「Ｌ」が形成される。図１５に示されるように、表示素子３０Ｙ’’は光を放射又は反射しないように制御され、一方、表示素子３０Ｙ’は光線Ｙ（図１３）を有する光を放射又は反射するように制御され、それにより、第１の角度と相補的な第２の角度において視認されるときに文字「Ｒ」が形成される。
【００６８】
図には示されないが、光学素子と表示素子との間の距離に応じて、単一のフレネルレンズ下の各光起電素子間にある、別々に、かつ／又は異なるように制御される表示素子に対応する複数の異なる画像を、複数の徐々に大きくなる角度で投影することができる。例えば、視角に応じて異なる画像のそれぞれを見ることができるように、各光起電素子２０の周囲の種々の位置に付加的な表示素子（それぞれ異なる画像に関連付けられる）を含みうることは理解されよう。言い換えると、図１４及び図１５では、２つの異なる画像「Ｌ」及び「Ｒ」を参照しながら例示されるが、幾つかの実施形態では、種々の角度から視認されるときに３つ以上の異なる画像を表示することができる。幾つかの実施形態では、異なる画像は異なる画像フレームに対応し、装置５に対する視認者の視点が変化するのに応じて、動画のような外観を与えることができる。また、互いに直に隣接するように示されるが、幾つかの実施形態では、表示素子３０Ｘと３０Ｙとの間に間隔及び／又は付加的な表示素子を設けることもできることは理解されよう。
【００６９】
図１６を参照すると、本発明の光起電及び表示装置５を支持体６０に取り付けることができる。光起電及び表示装置５を支持体６０に取り付けることによって、追跡システム（図示せず）を用いて、光起電素子を直角に入射する光と位置合わせし、装置の効率を高めることができる。言い換えると、追跡システムを用いて、入射光を光起電素子上に集束させる光学素子（複数の場合もある）の光軸に対して入射光が実質的に平行になるように、装置５を位置決めすることができる。追跡システムは、太陽の位置に従うように一日を通してその向きを変更するので、概ね一日中、１つの場所にいる視認者は或る軸外角度において光起電及び表示装置を見ることになり、それゆえ、大半の時間において光起電素子ではなく表示素子を見ることになるので、それにより、表示装置から所望の効果が与えられる。代替の配置では、光起電及び表示装置は、一定の場所及び向きを有することができる。１つの軸外角度から視認されるとき、その軸外角度から表示素子を見ることができる。
【００７０】
図１６には、単一の集光型光起電及び表示装置のみが示されるが、図２０の平面図に示されるように、複数の装置を用いて、それぞれが太陽エネルギーを収集して電気を生成する別々のモジュール５からなる更に大きな太陽電池アレイを形成することができることは、光起電システムの当業者には明らかであろう。複数の装置を用いることによって、より多くの電力を生成することができる。複数の装置を共通の支持体に取り付けて、共通の追跡装置を用いることができるか、又は各装置が独立した支持体及び追跡デバイスを有することができる。
【００７１】
本発明の別の実施形態による、集光型光起電及び表示装置のアレイでは、複数の集光型光起電及び表示装置上の複数の表示素子を一緒に用いて、単一の画像を形成することができ、それにより、各集光型光起電及び表示装置内の複数の表示素子が、例えば、図２０に示されるように、画像の一部を表示するようになる。図２０は、長方形マトリックスとして配置される集光型光起電及び表示装置５のアレイを示す。各集光型光起電及び表示装置５は複数の表示素子３０を含む。各装置５の表示素子３０は、一緒に視認されるときに、アレイの全ての集光型光起電及び表示装置５からの全ての表示素子３０が単一の画像を形成するように、単一の画像のピクセル又は他の部分を画定することができる。代替的には、各集光型光起電及び表示装置は、同じ画像又は異なる画像のいずれかである個々の画像を表示することができる。各デバイス装置５の表示素子３０が同じ画像を画定する実施形態では、アレイに対する視認者の視点の違いに基づいて、各装置５によって同じ画像の異なる部分を与えることができる。別の構成では、複数の集光型光起電及び表示装置が、１つの画像の一部を一緒に表示することができる。
【００７２】
バックプレーン基板は、金属、ガラス及びポリマーを含む、種々の材料から形成することができる。バックプレーン基板上に形成される層、例えば、ポリマー平坦化層は、フラットパネル・ディスプレイ製造業において用いられるフォトリソグラフィプロセスを用いて形成することができる。同様に、光起電素子及び表示素子を互いに、又は外部コネクタ若しくは制御デバイスに電気的に相互接続する金属ワイヤを形成するパターニングされた金属層も、フォトリソグラフィパターニング法（例えば、マスクを通して光硬化性樹脂を露光し、その後、ディファレンシャルエッチングする）を用いて形成することができるか、又はインクジェットマイクロディスペンサによってパターン状に堆積された硬化性インクを用いて形成することができる。
【００７３】
本発明の種々の要素を形成するステップは、製造プロセス及び本発明の種々の実施形態の要求に応じて、異なる順序において実行することができる。例えば、表示素子は、光起電素子の前又は後に設けることができる。電気的相互接続の形成は、平坦化層の上下いずれかにおいて、種々の構成ステージにおいて行うことができる。
【００７４】
図１７Ａ〜図１７Ｃを参照すると、本発明の一実施形態では、スタンプを用いて、小さな集積回路チップレットのような能動部品を半導体ウェハからバックプレーン基板に転写する印刷プロセスを用いることができる。そのようなプロセスでは、ステップ１００においてウェハが設けられ、ウェハ上に犠牲層が形成される。その後、犠牲層上に能動層が形成される。ウェハは半導体、例えば、結晶シリコン、ガリウムヒ素又は別のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とすることができる。これらの材料及び層は、フォトリソグラフィ技術において用いられる方法を用いて堆積し、処理することができる。
【００７５】
ウェハ上に犠牲層及び能動層を堆積した後に、ステップ１０５において、例えば、微細加工鋳造加工プロセスを用いて、ウェハを処理して能動層内又は能動層上に光起電回路を形成することができる。付加的な材料層、及び集積回路において用いられる金属、酸化物、窒化物及び他の材料のような他の材料を追加することができる。各光起電素子は完成した半導体集積回路チップレットとすることができ、例えば、トランジスタ、キャパシタ、抵抗器、ワイヤ、発光ダイオード又は光起電素子を有する電子回路又は電気光学回路を含みうる。光起電素子は異なるサイズ、例えば、１０００平方ミクロン、又は１０，０００平方ミクロン、又は１００，０００平方ミクロン、又は１平方ｍｍ、又はそれよりも大きなサイズを有することができ、様々なアスペクト比、例えば、２：１、５：１又は１０：１のアスペクト比を有することができる。光起電素子は、５ミクロン〜２０ミクロン、２０ミクロン〜５０ミクロン、又は５０ミクロン〜１００ミクロンの厚みを有することがある。
【００７６】
そして、ステップ１１０において、例えば、フッ化水素酸を用いてエッチングすることによって犠牲層が除去され、ウェハから光起電素子が切り離され、壊れやすい係留手段によって光起電素子がウェハに接続されたままにされる。
【００７７】
ステップ１１５においてバックプレーン基板が設けられ、ステップ１２０において接着層を塗布される。例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成され、各光起電素子の場所、サイズ及び形状に一致した突出部を有するスタンプが設けられ、その後、ステップ１２５において、スタンプは、切り離された光起電素子の上側に対して位置合わせされて押圧され、それにより係留手段が破壊され、光起電素子がスタンプ突出部に接着される。その後、ステップ１３０において、スタンプ及び光起電素子はウェハから除去される。光起電素子はバックプレーン基板と位置合わせされ、ステップ１３５において、バックプレーン基板に対して能動部品を押圧することによってバックプレーン基板に接着される。バックプレーン基板と能動部品との間に硬化性樹脂を配置し、光起電素子をバックプレーン基板に接着するのを助けることができる。上記で論じられたように、本発明において種々の表示素子を用いることができる。図１７Ｂを参照すると、一実施形態では、表示素子は無機発光ダイオードチップレットとすることができるか、又は半導体基板上に形成されるチップレット回路によって制御されることができる。上記のように、ステップ１４０において半導体ウェハが設けられ、ステップ１４５においてウェハ内に表示素子チップレットが形成され、ステップ１５０においてウェハから切り離される。ステップ１５５において、表示素子チップレットに一致するような形状及びサイズのスタンプがウェハと位置合わせされ、ウェハに対して押圧され、ステップ１６０において、表示素子チップレットとともにウェハから除去される。ステップ１６５において、接着層に対してスタンプ及び表示素子チップレットが押圧され、バックプレーン基板に表示素子チップレットが接着される。その後、ステップ１７０において、接着層は硬化される。
【００７８】
表示素子チップレットを形成し、除去し、接着するプロセスは光起電素子に関して記述されたプロセスと同様である。表示素子チップレット及び光起電素子を形成するステップは、バックプレーン基板が設けられ、接着層を塗布される前に、又はそれと同時に、又はその後に行うことができる。１つの方法では、光起電素子及び表示素子チップレットはバックプレーン基板とは別に形成される。その後、バックプレーン基板が接着剤を塗布され、その後、接着層に光起電素子及び表示素子チップレットがスタンピングされる。
【００７９】
図１９も参照すると、ステップ１７５において、例えば、バックプレーン基板、表示素子チップレット及び光起電素子に、例えば、硬化性樹脂を含む平坦化層１４を塗布することによって、バックプレーン基板１０を平坦化して、表示素子３０及び光起電素子２０を保護することができる。必要に応じて、ステップ１８０において、平坦化層１４内にビア１６を形成して、表示素子チップレット３０及び光起電素子２０上の電気的コンタクト３８を露出させることができる。光学素子、所望により、例えば、光起電素子上の感光エリア又は表示素子上の発光エリア（図１９には示されない）を露出させるために、ビアを形成することもできる。電気的コンタクト３８を用いて、例えば、外部コントローラ（図示せず）によって、表示素子チップレット３０及び光起電素子２０を電気的に制御できるようになる。その後、ステップ１８５において、平坦化層及びビア上に導電性の金属層がコーティングされ、その後、ステップ１９０においてパターニングされて、表示素子チップレット３０及び光起電素子２０への電気的接続３６が形成される。表示素子のタイプ及び他の設計要因に応じて、例えば、表示素子チップレットによって有機発光ダイオード又は液晶ディスプレイが制御されることになる場合には、付加的な層を設けることができる。
【００８０】
表示素子及び光起電素子がいずれもチップレット内に形成される場合には、表示素子及び光起電素子の材料及び処理要件によるが、それらの素子を共通のウェハ上に形成することができ、共通の層に被着することができる。
【００８１】
ステップ１９５において光学素子が形成され、同様にステップ２００においてカバーが形成される。ステップ２０５において、カバーに光学素子を接着することができる。ステップ２１０において、カバー及び光学素子はバックプレーン基板と位置合わせされ、固定されて、光起電及び表示装置が完成する。カバー及び光学素子は、表示素子及び光起電素子並びにバックプレーン基板とは別に形成することができる。付加的なパワーデバイス及び制御デバイスを用いて、その装置を動作させることができる。ディスプレイ、集積回路、発光ダイオード、液晶、有機発光ダイオード及び／又はフォトリソグラフィの各技術からの処理ステップ、材料及び回路設計を用いて、装置を構成し、制御することができる。
【００８２】
本発明の代替の実施形態では、光起電素子は、バックプレーン基板上に面実装される面実装可能な集積回路である。そのような面実装可能な集積回路は、上記のチップレットよりも幾分大きくなる可能性がある。更に別の代替の実施形態では、光起電集積回路は、光起電素子を形成する受け側基板上に実装され、その基板が更に、バックプレーン基板に位置合わせされて固定される。各光起電素子は、光学素子又は表示素子も含みうる。代替的には、各受け側基板は、複数の光起電集積回路を含みうる。
【００８３】
本発明の代替の実施形態に従って装置を形成する方法が、図２１Ａ及び図２１Ｂの流れ図において示される。図２１Ａを参照すると、ステップ３００においてバックプレーン基板が設けられ、ステップ３０５において受け側基板３０５が設けられ、ステップ３１０において半導体ウェハが設けられ、ステップ３１５において光学素子が設けられる。これらのステップは独立して、かつ任意の順序において行うことができる。ウェハが設けられると（ステップ３１０）、例えば、図１７Ａのステップ１００〜１１０に関して上記で説明されたように、ステップ３２０において、ウェハ内に光起電素子が形成されて切り離される。
【００８４】
ステップ３２５において、表示素子が受け側基板、バックプレーン基板又は両方に被着される。このステップは、ウェハ処理から独立して行うことができる。また、そのステップは、以下のステップ３５０、３５５又は３６０の後に行うこともできる。上記で言及されたように、表示素子は反射層のような完全な受動素子とすることができるか、又は制御可能な素子とすることができる。バックプレーン基板又は受け側基板上に受動素子をパターニングすることができる。バックプレーン基板及び受け側基板は異なるようにパターニングすることができるか、又は異なる表示素子を有することができる。
【００８５】
ステップ３３０において、受け側基板が接着層を塗布される。ウェハ上の光起電素子に対してスタンプが押圧され（ステップ３３５）、ステップ３４０においてウェハから除去され、ステップ３４５において、スタンプ及び光起電素子が受け側基板上の接着層に対して押圧される。これらのステップは図１７Ａ〜図１７Ｃのステップと同様であるが、光起電素子が、バックプレーン基板ではなく、受け側基板に接着されることは除く。ステップ３５０において、接着層を硬化させて光起電素子を受け側基板に固定し、スタンプを除去することができる。本発明の一実施形態では、複数の光起電回路が単一の大きな受け側基板上にスタンピングされる。その後、単一の大きな受け側基板が（例えば、スクライビングし、切断することによって）個々の受け側基板に分割される（オプションのステップ３５５）。各受け側基板は、その上に配置される１つ以上の光起電回路を有することができる。各受け側基板上にただ１つの光起電回路が配置される場合には、各受け側基板及び光起電回路は個々の光起電素子を形成する。そして、受け側基板はバックプレーンに実装され（ステップ３６０）、表示素子を制御し、光起電素子から電流を収集するのに必要な任意の電気的接続と接続される。ステップ３６５において、光学素子をバックプレーンと位置合わせし、固定することができる。表示素子の集積（ステップ３２５）の場合と同様に、プロセスの種々のステージにおいて、例えば、受け側基板が実装される（ステップ３５５）前に、又は表示素子が実装される（ステップ３２５）前に、光学素子の集積を行うことができる。
【００８６】
一実施形態では、バックプレーン基板上に複数の受け側基板が実装され、各受け側基板に複数の光起電素子が接着される。受け側基板は表示素子を含むことができ、バックプレーン基板のかなりの部分を覆う場合がある。代替的には、受け側基板はバックプレーン基板のわずかな部分のみを覆う場合があり、表示素子はバックプレーン基板上に直接形成することができる。いずれの場合でも、バックプレーン基板にわたって光起電素子が分散配置される。表示素子は、受け側基板又はバックプレーン基板上に形成することができるか、又は受け側基板及びバックプレーン基板の両方に形成することができる。図２２はバックプレーン基板１０を示しており、受け側基板１１のアレイがバックプレーン基板１０に固定されており、各受け側基板が複数の表示素子３０及び光起電素子（図示せず）を含む。
【００８７】
図２３に示される代替の実施形態では、バックプレーン基板１０は、バックプレーン基板１０に固定された受け側基板１１のアレイを含み、各受け側基板１１は単一の光起電回路２１、例えば、光起電集積回路チップレットを含む。これらの実施形態から明らかであるように、光起電素子は集積回路をなす光起電回路を含みうるか、又は受け側基板に実装された光起電回路を含むことができ、受け側基板は更にバックプレーン基板上に実装される。
【００８８】
上記の方法は、少ない数の層及び処理ステップを用いて、高性能のバックプレーン基板の利点を提供する。これらの材料のための処理技術は通常、高温及び反応性化学物質を利用する。しかしながら、能動部品又はバックプレーン基板材料に応力を加えない転写技術を用いることによって、薄膜トランジスタ製造プロセスに比べて、より安全な環境条件を用いることができる。したがって、本発明は、バックプレーン基板のために、極端な処理条件（例えば、熱プロセス、化学プロセス又は機械的プロセス）に通常は耐えられないフレキシブル基板（例えば、ポリマー基板）を用いることができるという利点を有する。さらに、結晶シリコン基板が強い機械的特性を有し、小さなサイズにおいて、比較的可撓性があり、機械的応力に耐えられることが実証されている。このことは、５ミクロン厚、１０ミクロン厚、２０ミクロン厚、５０ミクロン厚、又は更には１００ミクロン厚の基板の場合には特にあてはまる。
【００８９】
薄膜製造方法と比べて、高密度に実装された能動基板を使用し、能動部品を、その上に能動部品の疎らなアレイしか必要としないバックプレーン基板に転写することは、バックプレーン基板上で能動層材料を無駄にしないか、又は必要としない。本発明は、薄膜能動部品よりもはるかに高い性能を有する、結晶半導体材料を用いて形成される能動部品を転写する際にも有用である。さらに、接着及び転写プロセスがバックプレーン基板材料特性によって著しく制限されないので、本発明において有用なバックプレーン基板のための平坦性、平滑性、化学的安定性及び熱安定性の各要件は大幅に緩和される。高価な材料（例えば、能動基板）の利用率が高いこと、及びバックプレーン基板のための材料及び処理要件が緩和されることに起因して、製造及び材料コストが削減される。
【００９０】
本発明の実施形態による光起電及び表示装置は、高性能であり効率的な光起電装置を提供し、そして同じバックプレーン上に目に見える表示素子を提供する。表示素子を用いて、装置の外観を改善し、装置をカムフラージュし、及び／又は情報を伝達することができる。情報伝達は受動的にし、固定することができるか、又は能動的にし、経時的に変化するように制御することができる。異なる方向において異なる情報伝達を指示することができる。
【００９１】
本発明がその特定の実施形態を参照しながら詳細に説明されてきたが、本発明の趣旨及び範囲内で変形形態及び変更形態をもたらすことができることは理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
2013535100.tif 000031
2013535100.tif 000032
2013535100.tif 000033