(57)【要約】  ディスプレイ（１０１）の前面および／または裏面として組み込まれた光起電力（ＰＶ）電池を有するディスプレイが開示される。周辺光（１０２）は、ディスプレイ（１０１）内の、完全に透過性のフィーチャまたは部分的透過性のフィーチャによってディスプレイ（１０１）の背後に位置するＰＶ電池（１２０）に到達することができる。ディスプレイで発生された光（１６３）も、ディスプレイの背後のＰＶ電池（１２０）に到達することができる。ディスプレイ（１０１）の前に位置する透過性ＰＶ材料（１１０）が、周辺光（１０２）ならびにディスプレイで発生された光（１０４）の両方を集めることができる。
2011504600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面へ画像を表示し、前記前面の反対側に裏面を有するディスプレイデバイスであって、
画像領域内にアクティブなピクセルのアレイを備えるディスプレイと、
前記画像領域内において前記ディスプレイの前記前面および前記裏面のうちの１つの上に形成された光起電力材料を備える光電池であって、光を受け取ることができるように配向された光電池とを備えるディスプレイデバイス。
【請求項２】
前記光起電力材料がブランケット層である請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記光電池が、周辺光を受け取ることができるように配向された請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ディスプレイが光源をさらに備え、前記光電池が、前記光源によって放射された光を受け取ることができるように配向される請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記画像領域において前記ディスプレイの前記前面上に形成された光起電力材料を備える前面光電池と、
前記画像領域において前記ディスプレイの前記裏面上に形成された光起電力材料を備える裏面光電池とをさらに備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記光起電力材料が、堆積された薄膜光起電力材料を備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記光起電力材料が、単結晶光起電力材料を備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記光起電力材料が、前記画像領域内の前記ディスプレイの前記前面の上に形成される請求項２に記載のデバイス。
【請求項９】
前記光電池が、周辺光ならびに前記ディスプレイによって発生された光の両方を受け取って電気に変換することができる請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記光電池が、前記光起電力材料の前記前面上および前記裏面上の前記光起電力材料と電気的に接触する透明導電膜を備える請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記光起電力材料が、前記光起電力材料に入射する可視光の７０％を上回る透過率を有する請求項８に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記ディスプレイが、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを備える請求項８に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記アクティブなピクセルが、光吸収器、反射器、および前記光吸収器と前記反射器との間の可変間隙をそれぞれ備える干渉型変調器を備える請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記ディスプレイが光源をさらに備え、前記光電池が、前記光源からの光を受け取って電気に変換することができるように配向される請求項８に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記光源が、アクティブなピクセルの前記アレイの背後に光源を備える請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記アクティブなピクセルが、液晶ディスプレイピクセルを備える請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記アクティブなピクセルが、発光性のアクティブなピクセルである請求項８に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記発光性のアクティブなピクセルが、発光ダイオード、有機発光ダイオード、電界放出ディスプレイ、および液晶ディスプレイから成る群から選択される請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記光起電力材料が、前記画像領域内の前記ディスプレイの前記裏面の上に形成される請求項２に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記ディスプレイが、周辺光が前記光起電力材料に到達することを可能にすることができる前記アクティブなピクセルの間に間隙を備える請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記ディスプレイが、前記アレイ領域内に不活性の構造体をさらに備え、前記不活性の構造体が、少なくとも部分的に透明であって、周辺光が前記光起電力材料に到達するのを可能にすることができる請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記ディスプレイが主として反射性である請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記アクティブなピクセルが、部分的透過性に構成され、前記部分的透過性のアクティブなピクセルが、周辺光が通過して前記光起電力材料に到達するのを可能にすることができる請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記アクティブなピクセルが、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを備える請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記アクティブなピクセルが、干渉型変調器を備え、各干渉型変調器が、光吸収器、反射器、および前記光吸収器と前記反射器との間の可変間隙を備える請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記反射器が、前記反射器に入射する可視光の約５０％までが前記光起電力材料に到達するのを可能にするように構成される請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記反射器が、２２５Å未満の厚さを有する金属層である請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記ディスプレイが光源をさらに備え、前記光電池が、前記光源からの光を受け取って電気に変換することができるように配向される請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記光源が、アクティブなピクセルの前記アレイの背後に光源を備える請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記アクティブなピクセルが液晶ディスプレイピクセルを備える請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記ディスプレイと通信し、画像データを処理するように構成されたプロセッサと、
前記プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスとをさらに備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記ディスプレイに少なくとも１つの信号を送るように構成された駆動回路をさらに備える請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３３】
入力データを受け取って、前記プロセッサに前記入力データを伝達するように構成された入力デバイスをさらに備える請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３４】
前面へ画像を表示するように構成され、前記前面の反対側に裏面を有するディスプレイデバイスを製造する方法であって、
画像領域内にアクティブなピクセルのアレイを備えるディスプレイを設けるステップと、
前記画像領域内において前記ディスプレイの前面および裏面のうちの１つの上に光起電力材料を配置するステップとを含む方法。
【請求項３５】
前記光起電力材料の前記裏面上の前記光起電力材料と電気的に接触する透明導電膜を形成するステップをさらに含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記光起電力材料を配置するステップが、前記アレイ領域の前面または裏面の上に前記光起電力材料を積層するステップを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
光学的に適当な基板上に薄膜光起電力材料を形成し、前記アレイ領域の前面または裏面の上に前記基板を積層するステップをさらに含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
画像領域においてディスプレイ素子の前面および裏面のうちの１つで光起電力材料に光を受け取るステップと、
前記光を電気に変換するステップとを含む、ディスプレイを作動させる方法。
【請求項３９】
後に使用するために前記電気を蓄えるステップをさらに含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ディスプレイおよび前記ディスプレイに関連した電気デバイスのうちの１つに電力を供給するのに前記電気を用いるステップをさらに含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記電気が、前記ディスプレイおよび前記電気デバイスの両方に電力を供給するのに用いられる請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記光起電力材料を通して前記光を通過させるステップと、
前記光の一部分を受け取って前記光起電力材料で電気に変換し、前記ディスプレイ素子上に入射する前記光の別の部分を通すステップとをさらに含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記ディスプレイ素子を通して前記光を通過させるステップと、前記光の一部分を受け取って前記光起電力材料で電気に変換するステップとをさらに含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前面へ画像を表示し、前記前面の反対側に裏面を有するディスプレイデバイスであって、
画素化された画像を表示するための手段と、
前記表示するための手段の前面および裏面のうちの１つの上に配置された、光を電気に変換するための手段とを備えるディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にアクティブに画像を表示するためのディスプレイデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブディスプレイは、完全に、または部分的に、反射性、透過性、もしくは放射性のピクセルで作製され得る。したがって、ディスプレイは、入射する周辺光を完全に、もしくは部分的に反射することによって動作するピクセル、発光性であるピクセル、または光がディスプレイの内部から発生して透過性ピクセルに投射される透過性ピクセルを用いて画像を発生してよい。反射性のディスプレイ技術は、液晶、ＭＥＭＳ（干渉型変調器など）、電気泳動（ｅインクまたはｅペーパーなど）、および反射された周辺光を用いて画像を発生する他のディスプレイ技術を含んでよいが、これらには限定されない。放射性ディスプレイは、液晶もしくは薄膜トランジスタ液晶などのアクティブな透過性ピクセルを照光するためのバックライトを有するディスプレイ、または真空蛍光ランプ、発光ダイオード、有機発光ダイオードなどのアクティブなピクセル自体が光を発生もしくは放射するディスプレイ、または表面電界ディスプレイなどを含む。
【０００３】
ディスプレイは、干渉型変調器などのＭＥＭＳデバイスを含むことができる。本明細書で用いられる用語、干渉型変調器または干渉型光変調器は、光学的干渉の原理を用いて、光を選択的に吸収および／または反射するデバイスを指す。特定の実施形態では、干渉型変調器は１対の導電性プレートを備えてよく、その一方または両方が、全体的または部分的に透明および／または反射性であり得て、適切な電気信号を印加したとき相対的な動作をすることができる。特定の実施形態では、一方のプレートが、基板上に堆積された静止層を備えてよく、もう一方のプレートが、空隙によって静止層から分離された金属膜を備えてよい。本明細書でより詳細に説明されるように、一方のプレートの、もう一方のプレートに対する位置によって、干渉型変調器上に入射する光の光学的干渉が変化され得る。そのようなデバイスには広範囲の用途があり、既存の製品の改善およびまだ開発されていない新製品の創出にそれらの特徴が利用され得るように、これらのタイプのデバイスの特性を利用および／または変更することができれば、当技術分野において有益であろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、ディスプレイデバイスは、前面へ画像を表示し、前面の反対側に裏面を有する。ディスプレイデバイスは、ディスプレイおよび光電池を備える。ディスプレイは、画像領域内にアクティブなピクセルのアレイを含む。光電池は、画像領域においてディスプレイの前面および裏面のうちの１つの上に形成された光起電力材料を含む。光電池は、光を受け取ることができるように配向される。
【０００５】
別の実施形態では、ディスプレイデバイスを製造する方法が提供される。ディスプレイデバイスは、前面へ画像を表示するように構成され、前面の反対側に裏面を有する。この方法は、画像領域内にアクティブなピクセルのアレイを備えるディスプレイを設けるステップを含む。この方法は、画像領域においてディスプレイの前面および裏面のうちの１つの上に光起電力材料を配置するステップも含む。
【０００６】
さらに別の実施形態では、ディスプレイを作動させる方法が提供される。この方法は、画像領域においてディスプレイ素子の前面および裏面のうちの１つで光起電力材料に光を受け取るステップを含む。この方法は、光を電気に変換するステップも含む。
【０００７】
代替実施形態では、ディスプレイデバイスは、前面へ画像を表示し、前面の反対側に裏面を有する。このディスプレイデバイスは、画素化された画像を表示するための手段および光を電気に変換するための手段を含む。変換手段は、表示手段の前面および裏面のうちの１つの上に配置される。
【０００８】
本明細書に開示される例示的実施形態は、添付の概略図に示され、これらは説明の目的だけのものである。以下の図は、必ずしも原寸に比例しない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】干渉型変調器ディスプレイの一実施形態の一部分を示す等角図であり、第１の干渉型変調器の可動反射層が緩和位置にあり、第２の干渉型変調器の可動反射層が作動位置にある。
【図２】３×３の干渉型変調器ディスプレイを組み込んだ電子デバイスの一実施形態を示すシステムブロック図である。
【図３】図１の干渉型変調器の１つの例示的実施形態に関する可動ミラー位置対印加電圧の図である。
【図４】干渉型変調器ディスプレイを駆動するのに用いることができる１組の行と列との電圧の図である。
【図５Ａ】図２の３×３の干渉型変調器ディスプレイに表示データのフレームを書き込むのに使用され得る行と列との信号に関する１つの例示的タイミング図である。
【図５Ｂ】図２の３×３の干渉型変調器ディスプレイに表示データのフレームを書き込むのに使用され得る行と列との信号に関する１つの例示的タイミング図である。
【図６Ａ】複数の干渉型変調器を備えるビジュアルディスプレイデバイスの実施形態を示すシステムブロック図である。
【図６Ｂ】複数の干渉型変調器を備えるビジュアルディスプレイデバイスの実施形態を示すシステムブロック図である。
【図７Ａ】図１のデバイスの断面図である。
【図７Ｂ】干渉型変調器の代替実施形態の断面図である。
【図７Ｃ】干渉型変調器の別の代替実施形態の断面図である。
【図７Ｄ】干渉型変調器のさらに別の代替実施形態の断面図である。
【図７Ｅ】干渉型変調器のさらなる代替実施形態の断面図である。
【図８】ｐｎ接合を備える光電池の概略図である。
【図９Ａ】堆積された薄膜光起電力活性材料を備える光電池を概略的に示すブロック図である。
【図９Ｂ】インターフェロメトリー（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ）で機能強化された光起電力スタックを備える光電池を概略的に示すブロック図である。
【図１０】光電池に一体化された一般的ディスプレイの概略図である。
【図１１】光電池に一体化されたディスプレイピクセルのアレイを概略的に示す、１つの干渉型変調器ピクセルを有する簡単なディスプレイの図である。
【図１２】表示領域内にアクティブなピクセルのアレイを有するディスプレイの図である。
【図１３】ディスプレイの前に光電池が形成された、図１１のディスプレイに似たディスプレイの図である。
【図１４】図１３のディスプレイに類似の、光起電力を組み込んだディスプレイの詳細図である。
【図１５】ディスプレイが光源も含む、図１４のディスプレイと似たディスプレイの図である。
【図１６】ディスプレイの背後または裏面に光電池が形成された、図１２のディスプレイに似たディスプレイの詳細図である。
【図１７】ディスプレイの背後に形成された光電池を備えた、アレイ内の複数の干渉型変調器ピクセルの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で特定の実施形態および実施例が論じられているが、この斬新な内容は、具体的に開示された実施形態を越えて、他の代替実施形態および／または発明の用途ならびにその明白な変更形態および等価物へ広がることが理解される。本明細書で開示される本発明の範囲は、特定の開示された実施形態によって限定されるべきでないことが意図されている。したがって、例えば、本明細書で開示されるあらゆる方法またはプロセスにおいて、方法／プロセスを構成する行動または動作は、任意の適当な順序で実行されてよく、いかなる特定の開示された順序にも限定する必要がない。実施形態の様々な態様および利点が、必要に応じて説明されている。そのような態様または利点は、任意の特定の実施形態において、必ずしもすべてが実現されるものではないことを理解されたい。したがって、例えば、本明細書で教示される１つの利点または利点の群を、本明細書で教示または提案された他の態様または利点を必ずしも実現することなく実現または最適化するやり方で、様々な実施形態が実行され得ることを理解されたい。以下の詳細な説明は、本発明の特定の具体的実施形態を対象とするものである。しかし、本発明は、多数の様々なやり方で具現することができる。本明細書で説明される実施形態は、広範囲のディスプレイデバイスで実施されてよい。
【００１１】
本明細書では図が参照され、すべての図にわたって、同じ部品は同じ数字で示される。本発明の実施形態は、動いている画像（例えばビデオ）でも静止している画像（例えば静止画）でも、テキストでも画像でも、画像を表示するように構成された任意のデバイスにおいて実施されてよい。より詳細には、本発明の実施形態は、移動電話、ワイヤレスデバイス、携帯情報端末（ＰＤＡｓ）、携帯用コンピュータまたは持ち運び可能なコンピュータ、ＧＰＳの受信機／ナビゲータ、カメラ、ＭＰ３プレーヤ、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、置時計、計算機、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニタ、自動ディスプレイ（例えば走行距離計ディスプレイなど）、コックピットの制御および／またはディスプレイ、カメラの視界のディスプレイ（例えば自動車のリヤビューカメラのディスプレイ）、電子写真、電子掲示板または電子標識、プロジェクタ、建築物、包装、および美術的構造（例えば宝石類上の画像表示）など、しかしこれらに限定されない様々な電子デバイスにおいて、あるいはその様々な電子デバイスに関連して、実施され得るように企図されている。ＰＶ電池は、放射性、透過性、および反射性または部分的反射性（半透過性（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ））のディスプレイなどのアクティブディスプレイと一体化されてよい。ＰＶ電池は、間隙、空間、穴、スペーサ、柱、支柱、レール、あるいは空気、二酸化ケイ素または他の材料などの透明または半透明の材料から形成された他の支持構造物などのディスプレイの不活性領域の光を集めてよい。同様に、ディスプレイ内のアクティブな構造体、素子、またはピクセルは、それらが主として反射性に設計されていても、ある程度透過性であり得る。ＰＶ電池は、ディスプレイの前または背後に形成されてよく、いくつかの実施形態では、ブランケットＰＶ材料がアレイにわたって広がる。ある種の反射性または半透過性のディスプレイ技術は、干渉型変調器と呼ばれるＭＥＭＳベースのディスプレイ技術である。
【００１２】
最初に、図１〜図７Ｅは、干渉型変調器ディスプレイの背景にあるいくつかの基本原理を示す。図８〜図９は、ＰＶ電池およびデバイスの背景にあるいくつかの基本原理を示す。図１０〜図１７は、ディスプレイが光電池と一体化された実施形態を示す。
【００１３】
干渉計ＭＥＭＳ表示素子を備える１つの干渉型変調器ディスプレイの実施形態が、図１に示されている。これらのデバイスでは、ピクセルは明状態または暗状態のいずれかにある。ディスプレイ素子は、明状態（「緩和状態」または「開状態」）では、入射する可視光の大部分をユーザへ反射する。ディスプレイ素子は、暗状態（「作動状態」または「閉状態」）のとき、入射する可視光のほとんどをユーザへ反射しない。実施形態次第で、「オン状態」の光反射率特性と「オフ状態」の光反射率特性とが逆転されてよい。ＭＥＭＳピクセルは、選択された色で主に反射するように構成され得て、白黒表示に加えてカラー表示が可能になる。
【００１４】
図１は、ビジュアルディスプレイの一連のピクセルの中の２つの隣接ピクセルを示す等角図であり、各ピクセルがＭＥＭＳ干渉型変調器を備える。いくつかの実施形態では、干渉型変調器ディスプレイは、これらの干渉型変調器の行／列のアレイを備える。各干渉型変調器は、互いから制御可能な可変距離に配置された１対の反射層を含み、少なくとも１つの可変寸法を有する共振する光学ギャップを形成する。一実施形態では、反射層のうちの１つが、２つの位置の間で移動されてよい。本明細書で緩和位置と称される第１の位置では、可動反射層は、固定された部分的反射層から比較的大きな距離に配置される。本明細書で作動位置と称される第２の位置では、可動反射層は、部分的反射層のより近くに隣接して配置される。２つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置次第で、建設的または相殺的に干渉し、各ピクセルに全面的な反射状態または非反射状態をもたらす。
【００１５】
図１のピクセルアレイの示された部分は、２つの隣接した干渉型変調器１２ａおよび１２ｂを含む。左側の干渉型変調器１２ａでは、可動反射層１４ａが、部分的反射層を含む光学積層体１６ａから所定距離の緩和位置に示されている。右側の干渉型変調器１２ｂでは、可動反射層１４ｂが、光学積層体１６ｂに隣接した作動位置に示されている。
【００１６】
光学積層体１６ａおよび１６ｂ（まとめて光学積層体１６と称される）は、本明細書で参照されたように、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの電極層、クロムなどの部分的反射層、および透明誘電体を含むことができるいくつかの融合層を一般に備える。したがって、光学積層体１６は、導電性であり、部分的透過性であり、部分的に反射性であって、例えば、透明基板２０上に上記の層の１つまたは複数を堆積することにより製作され得る。部分的反射層は、様々な金属、半導体、および誘電体など、部分的に反射性の様々な材料から形成することができる。部分的反射層は、材料の１つまたは複数の層から形成することができ、層のそれぞれは、単一の材料または材料の組合せから形成され得る。
【００１７】
いくつかの実施形態では、光学積層体１６の層は平行な細長片にパターニングされ、以下でさらに説明されるように、ディスプレイデバイス内の行電極を形成してよい。支柱１８および支柱１８の間に堆積された介在する犠牲材料の上部に堆積されて列を形成する一連の平行な細長片の１つまたは複数の堆積された金属層（１６ａ、１６ｂの行電極に直交する）として、可動反射層１４ａ、１４ｂ（「ミラー」または「反射器」としても知られている）が形成されてよい。犠牲材料がエッチングで除去されるとき、可動反射層１４ａ、１４ｂは、画定された間隙１９によって、光学積層体１６ａ、１６ｂから分離される。アルミニウムなどの高導電性かつ反射性の材料が反射層１４に用いられてよく、これらの細長片がディスプレイデバイスの列電極を形成してよい。図１が原寸に比例していない可能性があることに留意されたい。いくつかの実施形態では、支柱１８間の間隔は１０〜１００μｍ程度でよく、一方、間隙１９は１０００オングストローム未満程度でよい。部分的反射層も、光吸収器と称されてよい。したがって、いくつかの実施形態では、アクティブな干渉型変調器は、可変の光キャビティまたは間隙によって分離された吸収器および反射器を備えると言える。
【００１８】
図１のピクセル１２ａによって示されるように、印加電圧がないとき、可動反射層１４ａと光学積層体１６ａとの間に間隙１９が残り、可動反射層１４ａは、機械的に緩和状態にある。しかし、選択された行と列とに電位（電圧）差が印加されたとき、対応するピクセルの行電極と列電極の交点に形成されたコンデンサが充電されて、静電力が電極を互いに引き寄せる。電圧が十分に高いと、可動反射層１４は、変形して光学積層体１６に押しつけられる。図１の右側の作動されたピクセル１２ｂによって示されるように、光学積層体１６内の誘電体層（この図には示されていない）が、短絡を防止し、層１４と１６との間の分離距離を制御することができる。印加電位差の極性にかかわらず、その挙動は同一である。
【００１９】
図２から図５は、ディスプレイ用途で干渉型変調器のアレイを用いる１つの例示的プロセスおよびシステムを示す。
【００２０】
図２は、干渉型変調器を組み込むことができる電子デバイスの一実施形態を示すシステムブロック図である。電子デバイスは、ＡＲＭ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、８０５１、ＭＩＰＳ（登録商標）、Ｐｏｗｅｒ  ＰＣ（登録商標）、またはＡＬＰＨＡ（登録商標）、あるいはデジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、またはプログラマブルゲートアレイなどの任意の専用マイクロプロセッサなど、任意の汎用シングルチップマイクロプロセッサまたは汎用マルチチップマイクロプロセッサでよいプロセッサ２１を含む。当技術分野では普通のことであるが、プロセッサ２１は、１つまたは複数のソフトウェアモジュールを実行するように構成されてよい。プロセッサは、オペレーティングシステムの実行に加えて、ウェブブラウザ、電話のアプリケーション、電子メールプログラム、または任意の他のソフトウェアアプリケーションを含む１つまたは複数のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成されてよい。
【００２１】
一実施形態では、プロセッサ２１は、アレイドライバ２２と通信するようにも構成される。一実施形態では、アレイドライバ２２は、ディスプレイアレイまたはパネル３０へ信号を供給する行駆動回路２４および列駆動回路２６を含む。図１に示されたアレイの断面は、図２ではライン１−１で示されている。図２は、明瞭さのために干渉型変調器の３×３のアレイを示すが、ディスプレイアレイ３０は、極めて多数の干渉型変調器を含んでよく、また、行と列とで異なる干渉型変調器の数（例えば１行当たり３００ピクセル×１列当たり１９０ピクセル）を有してよいことに留意されたい。
【００２２】
図３は、図１の干渉型変調器の１つの例示的実施形態に関する可動ミラー位置対印加電圧の図である。ＭＥＭＳ干渉型変調器の場合、行／列作動プロトコルは、図３に示されたそれらのデバイスのヒステリシス特性を利用してよい。例えば、干渉型変調器は、可動層を緩和状態から作動状態へ変形させるのに１０ボルトの電位差を必要とすることがある。しかし、電圧が１０ボルトから低下したとき、可動層は、その電圧が１０ボルト未満に低下するのでその状態を維持する。図３の例示的実施形態では、電圧が２ボルト未満に低下するまでは、可動層が完全に緩和することはない。したがって、図３に示された実施例では、約３〜７Ｖの電圧の範囲が存在してそこに印加電圧のウィンドウが存在し、この範囲内では、デバイスは、緩和状態または作動状態のどちらかに安定している。これは、本明細書では「ヒステリシスウィンドウ」または「安定ウィンドウ」と称される。図３のヒステリシス特性を有するディスプレイアレイの場合、行ストローブの間、ストローブされた行の作動するべきピクセルが約１０ボルトの電圧差を受け、緩和されるべきピクセルがゼロボルトに近い電圧差を受けるように、行／列の作動プロトコルを設計することができる。ストローブの後、ピクセルは、行ストローブによってそれらが置かれた状態がどちらであっても、その状態にとどまるように、約５ボルトの定常状態またはバイアス電圧差を受ける。書き込まれた後に、各ピクセルは、この実施例では３〜７ボルトの「安定ウィンドウ」内の電位差を経験する。この特徴によって、既存の作動状態または緩和状態において同一印加電圧の条件下で、図１に示されたピクセルの設計が安定したものになる。干渉型変調器の各ピクセルは、作動状態でも緩和状態でも、基本的に固定反射層および可動反射層によって形成されたコンデンサであるので、この安定状態は、ヒステリシスウィンドウ内の電圧で、ほぼ電力損失なしで維持することができる。基本的に、印加される電位が固定されていると、ピクセルに電流が流れ込むことがない。
【００２３】
以下でさらに説明されるように、一般的な用途では、第１行の作動されたピクセルの所望の組の通りに列電極の組にわたって１組のデータ信号（それぞれが特定の電圧レベルを有する）を送ることにより、画像のフレームが作成され得る。次いで、このデータ信号の組に対応するピクセルを作動させる第１行の電極に、行パルスが印加される。次いで、このデータ信号の組は、第２行の作動されたピクセルの所望の組に対応するように変化される。次いで、第２行の電極にパルスが印加され、データ信号に従って第２行の適切なピクセルを作動させる。第１行のピクセルは第２行のパルスに影響されず、第１行のパルスの間に設定された状態のままである。これは、フレームを生成するために、逐次的なやり方で、すべての行に関して繰り返されてよい。一般に、１秒当たりいくつかの所望のフレーム数で、絶えずこのプロセスを繰り返すことにより、フレームが、新規の画像データでリフレッシュおよび／または更新される。画像フレームを生成するのに、ピクセルアレイの行および列の電極を駆動するための多種多様なプロトコルが用いられてよい。
【００２４】
図４および図５は、図２の３×３のアレイ上に表示フレームを作成するための１つの可能な作動プロトコルを示す。図４は、図３のヒステリシス曲線を示すピクセルに用いられ得る列と行との電圧レベルの可能な組を示す。図４の実施形態では、ピクセルの作動は、適切な列を−Ｖｂｉａｓに設定し、適切な行を＋ΔＶに設定することを含み、これらの電圧は、それぞれ−５ボルトおよび＋５ボルトに相当してよい。ピクセルの緩和は、適切な列を＋Ｖｂｉａｓに設定し、適切な行を同一の＋ΔＶに設定して、そのピクセルにわたってゼロボルト電位差を生成することより達成される。行電圧がゼロボルトに維持されるそれらの行では、ピクセルは、列が＋Ｖｂｉａｓであろうと−Ｖｂｉａｓであろうと、元の状態に関係なく安定している。また、図４に示されるように、前述のものと逆極性の電圧を用いることができ、例えば、ピクセルの作動は、適切な列を＋Ｖｂｉａｓに設定し、適切な行を−ΔＶに設定することを含むことができる。この実施形態では、ピクセルの解放は、適切な列を−Ｖｂｉａｓに設定し、適切な行を同一の−ΔＶに設定して、そのピクセルにわたってゼロボルト電位差を生成することより達成される。
【００２５】
図５Ｂは、図２の３×３のアレイに対して印加される一連の行と列との信号を示すタイミング図であり、これによって、図５Ａに示されたディスプレイ機構がもたらされることになり、ここで、作動するピクセルは非反射性である。図５Ａに示されたフレームを書き込む前に、ピクセルは任意の状態にあり得て、この実施例では、すべての行が最初は０ボルトであり、すべての列が＋５ボルトである。これらの印加電圧で、すべてのピクセルは、それらの現在の作動状態または緩和状態で安定している。
【００２６】
図５Ａのフレームでは、ピクセル（１，１）、（１，２）、（２，２）、（３，２）および（３，３）が作動される。これを達成するために、行１の「ライン時間」中、列１および列２が−５ボルトに設定され、列３は＋５ボルトに設定される。すべてのピクセルが３〜７ボルトの安定ウィンドウにとどまるので、いかなるピクセルの状態も、これによって変化することはない。次いで、行１は、０ボルトから５ボルトまで上昇してからゼロへ戻るパルスでストローブされる。これによって、ピクセル（１，１）および（１，２）が作動し、ピクセル（１，３）が緩和する。アレイ内のその他のピクセルは影響を受けない。所望の通りに行２を設定するために、列２が−５ボルトに設定され、列１および列３が＋５ボルトに設定される。次いで、行２に印加された同一のストローブによって、ピクセル（２，２）が作動し、ピクセル（２，１）および（２，３）が緩和する。再び、アレイのその他のピクセルは影響を受けない。行３は、列２および列３を−５ボルトに設定し、列１を＋５ボルトに設定することにより、同様に設定される。行３のストローブによって、行３のピクセルは、図５Ａに示されるように設定される。フレームに書き込んだ後、行電位はゼロであり、列電位は＋５ボルトまたは−５ボルトにとどまり得て、そのとき図５Ａの機構ではディスプレイは安定している。何十または何百もの行と列とのアレイに対して、同一の手順を用いることができる。行と列との作動を実行するのに用いられる電圧のタイミング、シーケンス、およびレベルは、上記で概説された一般的な原理の範囲内で広範にわたって変化させることができ、上記の実施例は単なる例示であり、いかなる作動電圧の方法も、本明細書で説明されたシステムおよび方法とともに用いることができる。
【００２７】
図６Ａおよび図６Ｂは、ディスプレイデバイス４０の実施形態を示すシステムブロック図である。ディスプレイデバイス４０は、例えば携帯電話または移動式電話であり得る。しかし、ディスプレイデバイス４０の同一の諸構成要素またはそのわずかな変形形態が、テレビおよび携帯用メディアプレーヤなど様々なタイプのディスプレイデバイスの実例ともなる。
【００２８】
ディスプレイデバイス４０は、容器４１、ディスプレイ３０、アンテナ４３、スピーカ４５、入力デバイス４８、およびマイクロホン４６を含む。容器４１は、射出成形および真空成形を含む、様々な製造プロセスのうち任意のものから一般に形成される。さらに、容器４１は、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、およびセラミック、あるいはそれらの組合せを含むがこれらに限定されない様々な材料のうちの任意のものから作製されてよい。一実施形態では、容器４１は、様々な色の、あるいは様々なロゴ、画像、または記号を含む、他の取外し可能な部分と交換することができる取外し可能な部分（図示せず）を含む。
【００２９】
例示的ディスプレイデバイス４０のディスプレイ３０は、本明細書で説明されるように、双安定ディスプレイを含む様々なディスプレイの任意のものでよい。他の実施形態では、ディスプレイ３０は、前述のようなプラズマ、ＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ  ＬＣＤ、またはＴＦＴ  ＬＣＤなどのフラットパネルディスプレイ、あるいはＣＲＴまたは他の電子管デバイスなどの非フラットパネルディスプレイを含む。しかし、本実施形態を説明する目的のために、本明細書で説明されたように、ディスプレイ３０は干渉型変調器ディスプレイを含む。
【００３０】
例示的ディスプレイデバイス４０の一実施形態の諸構成要素が、図６Ｂに概略的に示されている。示された例示的ディスプレイデバイス４０は容器４１を含み、容器４１の中に、少なくとも部分的に密封された追加の構成要素を含むことができる。例えば、一実施形態では、例示的ディスプレイデバイス４０は、トランシーバ４７に結合されたアンテナ４３を含むネットワークインターフェイス２７を含む。トランシーバ４７は、プロセッサ２１に接続され、プロセッサ２１は、調整用ハードウェア５２に接続される。調整用ハードウェア５２は、信号を調整する（例えば信号をフィルタリングする）ように構成されてよい。調整用ハードウェア５２は、スピーカ４５およびマイクロホン４６に接続される。プロセッサ２１は、入力デバイス４８およびドライバコントローラ２９にも接続される。ドライバコントローラ２９は、フレームバッファ２８およびアレイドライバ２２に結合され、アレイドライバ２２は、ディスプレイアレイ３０に結合される。電源５０は、特定の例示的ディスプレイデバイス４０の設計によって必要とされるすべての構成要素に電力を供給する。
【００３１】
ネットワークインターフェイス２７は、アンテナ４３およびトランシーバ４７を含み、その結果、例示的ディスプレイデバイス４０は、１つまたは複数のデバイスとネットワークで通信することができる。一実施形態では、ネットワークインターフェイス２７は、プロセッサ２１の要件を緩和するために、いくつかの処理能力を有してもよい。アンテナ４３は、信号を送受信するための任意のアンテナである。一実施形態では、アンテナは、ＩＥＥＥ  ８０２．１１の（ａ）、（ｂ）、または（ｇ）を含むＩＥＥＥ  ８０２．１１規格に従ってＲＦ信号を送受信する。別の実施形態では、アンテナは、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ規格に従ってＲＦ信号を送受信する。携帯電話の場合には、アンテナは、無線携帯電話ネットワーク内で通信するのに用いられるＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＡＭＰＳ、Ｗ−ＣＤＭＡ、または他の既知の信号を受信するように設計される。トランシーバ４７は、アンテナ４３から受信した諸信号を前処理し、その結果、それらの信号は、プロセッサ２１によって受け取られてさらに操作される。トランシーバ４７は、プロセッサ２１から受け取った諸信号も処理し、その結果、それらの信号は、例示的ディスプレイデバイス４０からアンテナ４３を介して送信され得る。
【００３２】
代替実施形態では、トランシーバ４７を受信機で置換することができる。さらに別の代替実施形態では、ネットワークインターフェイス２７を画像ソースで置換することができ、画像ソースは、プロセッサ２１へ送られる画像データを保存または生成することができる。例えば、画像ソースは、画像データを含むデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）またはハードディスクドライブ、あるいは画像データを生成するソフトウェアモジュールであり得る。
【００３３】
プロセッサ２１は、一般に例示的ディスプレイデバイス４０の全体の動作を制御する。プロセッサ２１は、ネットワークインターフェイス２７または画像ソースからの圧縮画像データなどのデータを受け取り、このデータを、未加工の画像データ、または未加工の画像データへ容易に加工されるフォーマットに加工する。次いで、プロセッサ２１は、ドライバコントローラ２９または記憶用のフレームバッファ２８へ処理データを送る。未加工データは、一般に、画像内の各位置で画像特性を特定する情報を指す。例えば、そのような画像特性は、色、彩度、およびグレイスケールレベルを含むことができる。
【００３４】
一実施形態では、プロセッサ２１は、例示的ディスプレイデバイス４０の動作を制御するためのマイクロコントローラ、ＣＰＵ、または論理演算ユニットを含む。調整用ハードウェア５２は、スピーカ４５に信号を伝送し、マイクロホン４６から信号を受け取るための増幅器およびフィルタを一般に含む。調整用ハードウェア５２は、例示的ディスプレイデバイス４０内の個別部品でよく、あるいはプロセッサ２１または他の構成要素内に組み込まれてもよい。
【００３５】
ドライバコントローラ２９は、プロセッサ２１によって生成された未加工の画像データを、プロセッサ２１から直接受け取り、あるいはフレームバッファ２８から受け取って、アレイドライバ２２へ高速伝送するために、未加工の画像データを適切に再フォーマットする。具体的には、ドライバコントローラ２９は、未加工の画像データを、ディスプレイアレイ３０にわたる走査に適当な時間順を有するように、ラスタ状のフォーマットを有するデータの流れへ再フォーマットする。次いで、ドライバコントローラ２９は、フォーマットされた情報をアレイドライバ２２へ送る。ＬＣＤコントローラなどのドライバコントローラ２９は、スタンドアローンの集積回路（ＩＣ）としてシステムプロセッサ２１に関連づけられることが多いが、そのようなコントローラは多くのやり方で実施されてよい。それらはハードウェアとしてプロセッサ２１に組み込まれてよく、ソフトウェアとしてプロセッサ２１に組み込まれてよく、あるいは、アレイドライバ２２とともにハードウェアに完全に一体化されてよい。
【００３６】
一般に、アレイドライバ２２は、ドライバコントローラ２９からフォーマットされた情報を受け取って、ビデオデータを、ディスプレイのピクセルのｘｙマトリクスから来る何百もの（時には何千もの）リードに対して毎秒多数回印加される波形の並行した組へ再フォーマットする。
【００３７】
一実施形態では、ドライバコントローラ２９、アレイドライバ２２、およびディスプレイアレイ３０は、本明細書で説明されたディスプレイのタイプのあらゆるものに適している。例えば、一実施形態では、ドライバコントローラ２９は、従来型の表示コントローラまたは双安定の表示コントローラ（例えば干渉型変調器コントローラ）である。別の実施形態では、アレイドライバ２２は、従来型の駆動回路または双安定の表示駆動回路（例えば干渉型変調器ディスプレイ）である。一実施形態では、ドライバコントローラ２９は、アレイドライバ２２と一体化される。そのような実施形態は、セル式電話、腕時計、および他の小面積ディスプレイなどの高度に集積されたシステムでは一般的である。さらに別の実施形態では、ディスプレイアレイ３０は、一般的なディスプレイアレイまたは双安定のディスプレイアレイ（例えば干渉型変調器のアレイを含むディスプレイ）である。
【００３８】
入力デバイス４８によって、ユーザが例示的ディスプレイデバイス４０の動作を制御することが可能になる。一実施形態では、入力デバイス４８は、ＱＷＥＲＴＹキーボードまたは電話キーパッドなどのキーパッド、押しボタン、スイッチ、タッチスクリーン、あるいは感圧性または感熱性の膜を含む。一実施形態では、マイクロホン４６は、例示的ディスプレイデバイス４０用の入力デバイスである。マイクロホン４６がデバイスへデータを入力するのに使用されるとき、例示的ディスプレイデバイス４０の動作を制御するために、ユーザによって音声命令が供給され得る。
【００３９】
当技術分野で周知のように、電源５０は様々なエネルギー蓄積デバイスを含むことができる。例えば、一実施形態では、電源５０は、ニッケルカドミウム電池またはリチウムイオン電池などの充電式電池である。別の実施形態では、電源５０は、再生可能エネルギー源、コンデンサ、またはプラスチック太陽電池および太陽電池塗料を含む太陽電池である。別の実施形態では、電源５０は、壁付きコンセントから電力を受け取るように構成される。
【００４０】
いくつかの実装形態では、前述のように、制御プログラムの機能は、電子表示システムでいくつかの場所に配置され得るドライバコントローラ内に存在する。場合によっては、制御プログラムの機能は、アレイドライバ２２内に存在する。前述の最適化は、任意数のハードウェア構成要素および／またはソフトウェア構成要素で、また様々な構成で実施され得る。
【００４１】
上記で説明された原理に従って動作する干渉型変調器の構造の詳細は、変化に富むものであり得る。例えば、図７Ａ〜図７Ｅは、可動反射層１４およびその支持構造の５つの別々の実施形態を示す。図７Ａは図１の実施形態の断面であり、細長い金属材料１４が、垂直に伸びる支持体１８上に堆積される。図７Ｂでは、各干渉型変調器の可動反射層１４は、正方形または長方形であり、支持体１８に隅でのみテザー３２に接して取り付けられている。図７Ｃでは、可動反射層１４は、正方形または長方形であり、柔軟金属を含み得る変形可能な層３４から懸垂される。変形可能な層３４は、変形可能な層３４の周辺の辺りの基板２０に直接的または間接的に接続する。これらの接続は、本明細書では支持体と称され、支柱、レールまたは壁の形式をとることができる。図７Ｄに示された実施形態では、支持体が支柱栓４２を含み、その上に変形可能な層３４が支えられている。図７Ａ〜図７Ｃのように、可動反射層１４は間隙の上に懸垂されたままであるが、変形可能な層３４と光学積層体１６との間の穴を充填することによって変形可能な層３４が支持体を形成するわけではない。むしろ、支柱は、支柱栓４２を形成するのに用いられる平坦化材料から形成される。図７Ｅに示された実施形態は、図７Ｄに示された実施形態に基づくものであるが、図７Ａ〜図７Ｃに示された実施形態のうちの任意のもの、ならびに図には示されていない追加の実施形態を扱うように適合させることもできる。図７Ｅに示される実施形態では、バス構造４４を形成するために金属または他の導電材料の追加の層が用いられている。これによって、干渉型変調器の背部に沿った信号のルーティングが可能になり、基板２０上にいくつもの電極を形成する必要性が解消される。
【００４２】
図７に示されたものなどの実施形態では、干渉型変調器が直視型デバイスとして機能し、画像は、透明基板２０の前面（干渉型変調器が配置される面の反対側）から見られる。これらの実施形態では、反射層１４が、基板２０の反対側の反射層側の干渉型変調器の部分を、光学的に遮蔽し、変形可能な層３４を含む。これによって、遮蔽された区域が、画像品質に悪影響を及ぼすことなく構成されて動作することが可能になる。例えば、そのような遮蔽によって、アドレス指定およびそのアドレス指定に起因する運動などの変調器の電気機械的特性から、変調器の光学的特性を分離する能力をもたらす図７Ｅのバス構造４４が可能になる。この分離可能な変調器構成によって、変調器の電気機械的態様と光学的態様とが、互いに無関係に選択されて機能するように用いられる構造設計および材料が可能になる。さらに、図７Ｃ〜図７Ｅに示された実施形態は、変形可能な層３４によって成し遂げられる、反射層１４の光学的性質の、その機械的性質からの減結合から導出される追加の利益を有する。これによって、反射層１４に用いられる構造設計および材料を光学的性質に関して最適化すること、および変形可能な層３４に用いられる構造設計および材料を所望の機械的性質に関して最適化することが可能になる。
【００４３】
本明細書に開示された特定の実施形態は、光起電力（ＰＶ）電池またはＭＥＭＳ、ＬＣＤ、ＬＥＤ、もしくは他のディスプレイ技術を備えるディスプレイと一体化されたデバイスを含む。そのようなディスプレイは、アクティブに画像または情報を表示し、同時に周辺光および／またはディスプレイで発生された光を、電気へ変換するために集めてよい。したがって、アクティブ（プログラマブル）な屋外ディスプレイは、未使用の日光を有利に電気へ変換してよく、あるいは、モバイルデバイス上のディスプレイは、周辺光を集めることにより、予備電源の使用を埋め合わせるのを助長してよい。
【００４４】
いくつかの実施形態では、透過性ＰＶ電池はディスプレイの画像領域の上に重なってよい。他の実施形態では、ＰＶアクティブ材料は、未使用の周辺光またはディスプレイで発生された光を取り込んで電気に変換するように、ディスプレイデバイスのアクティブな画像領域またはアレイ区域内に含まれる。アクティブディスプレイの技術次第で、ディスプレイのアレイ領域の表面積の３０％以上までが、実際には、画素化された画像または表示された情報に寄与しない不活性の領域または区域で構成され得る。これは、ディスプレイのアクティブな画像領域に入射する周辺光の３０％以内またはそれ以上が「浪費され」、したがって、電気への有用な変換のためにＰＶ材料によって取得されてよいことを意味する。これは、ディスプレイの背後にブランケットＰＶ材料を配置することにより達成され得て、ディスプレイ上に入射する周辺光が、光る、あるいはディスプレイの不活性領域を通って下のブランケットＰＶ材料上へ透過することが可能になる。実際、いくつかのディスプレイ技術では、ディスプレイの活性領域自体を構成するアクティブなピクセルは、部分的透過性でよく、そのために、いくらかの光が、アクティブなピクセルまたは要素があってもＰＶ活性材料に到達することができる。
【００４５】
図８は、一般的な光起電力（ＰＶ）電池８０を示す。一般的な光電池は、光エネルギーを電気エネルギーまたは電流に変換することができる。ＰＶ電池８０は、小さなカーボンフットプリントを有する、環境に対する影響が小さい再生可能なエネルギー源の一実施例である。ＰＶ電池を使用すると、エネルギー発生のコストを低減することができる。ＰＶ電池は、多くの異なるサイズおよび形状を有することができ、例えば、郵便切手より小さいものから、数インチにわたるサイズまである。アレイのモジュールは、電気的接続、取付け金具、電力調整機器、および日差しがないとき使用するために太陽エネルギーを蓄える電池を含むことができる。
【００４６】
図８を参照すると、一般的なＰＶ電池８０は、２つの電極８２と８３との間に配置されたＰＶ材料８１を備える。いくつかの実施形態では、ＰＶ電池８０は、層のスタックが形成された基板を備える。ＰＶ電池８０のＰＶ材料８１は、シリコンなどの半導体材料を含んでよい。いくつかの実施形態では、活性領域は、図８に示されるように、ｎ形半導体材料８１ａとｐ型半導体材料８１ｂとを接触させることによって形成されたｐｎ接合を備えてよい。そのようなｐｎ接合は、ダイオードに似た特性を有することができ、したがってフォトダイオード構造とも称されてよい。
【００４７】
ＰＶ材料８１は、一般に、電流経路をもたらす２つの電極の間に挟まれる。電極８２、８３は、アルミニウム、銀、もしくはモリブデンまたは他のいくつかの導電材料から形成することができる。電極８２、８３も、透明な導電材料から形成されてよい。電極８２、８３は、接触抵抗を下げ、収集効率を向上するように、ｐｎ接合の前面の大部分を覆うように設計されてよい。電極８２、８３が不透明材料から形成される実施形態では、電極８２、８３は、ＰＶ材料に照明が当たるのを可能にするように、ＰＶ材料の前部の上に開口を残すように構成されてよい。いくつかの実施形態では、裏面電極８２または前面電極８３は、例えば酸化スズ（ＳｎＯ２）またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電酸化物（ＴＣＯ）である透明な導電体を含むことができる。ＴＣＯは、電気接触および導電性をもたらし、同時に、入ってくる光に対して透明である。図示のように、ＰＶ電池は、前面電極８３の上に配置された反射防止（ＡＲ）コーティング８４も備えるが、（以下で図１０、図１１および図１３〜図１５においてさらに論じられる前面ＰＶ電池１１０のように）光がＰＶ電池８０の背部を通って透過する又は入射すると予期され得る実施形態では、任意選択で、裏面電極８２の上にＡＲコーティングが配置されてよい。ＡＲコーティング８４は、ＰＶ活性材料８１の前面から反射される光量を低減することができる。
【００４８】
ＰＶ材料８１が照射される場合、光子が、活性領域内の電子にエネルギーを伝達する。光子によって伝達されたエネルギーが半導体材料のバンドギャップより大きいと、電子は、伝導帯に入るのに十分なエネルギーを有することができる。ｐｎ接合の形成とともに内部電界が生成される。内部電界は、エネルギーを与えられた電子に対してこれらの電子を移動させるように作用し、それによって、外部回路８５内に電流の流れをもたらす。結果として生じる電流の流れは、様々な電気デバイスに電力を供給するのに用いることができる。例えば、結果として生じる電流の流れは、図８に示されるように電池８６またはコンデンサを充電することにより、後の利用のために蓄えられてよく、これが、ディスプレイに電力を供給することができる。
【００４９】
ＰＶ材料は、結晶シリコン（ｃ−シリコン）、アモルファスシリコン（ａ−シリコン）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｇｅ合金、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、銅インジウムジセレニド（ＣＩＳ）、銅インジウムガリウムジセレニド（ＣＩＧＳ）、光吸収性の染料およびポリマー、光吸収性ナノ粒子を散布したポリマー、または多接合光起電力材料とフィルムとの縦続接続など、様々な光吸収性の光起電力材料の任意のものを含むことができる。ＰＶ活性材料８１は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ホウ素砒化物（ＢＡｓ）のような材料を含むＩＩＩ族〜Ｖ族の半導体材料を含む他の適切な材料を含んでよい。インジウム窒化ガリウムのような半導体合金も用いられてよい。他の光起電力材料およびデバイスも可能である。これらの材料を形成する方法は、当業者に既知である。例示的実施例として、ＣＩＧＳのような合金は、銅、ガリウム、およびインジウムが同時堆積または同時スパッタリングされ、次いでセレン化物蒸気でアニールされてＣＩＧＳ構造体を形成する真空ベースのプロセスによって形成することができる。真空ベースでない代替形態プロセスも、当業者に知られている。堆積された薄膜ＰＶ活性材料は、例えばアモルファスシリコン薄膜を備えることができ、最近好評を得ている。薄膜としてのアモルファスシリコンは、数ある技法の中でも、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、電気化学的気相成長法またはプラズマ促進化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により、広い面積にわたって堆積することができる。当業者に知られているように、アモルファスシリコン層を備えるＰＶ活性材料は、ｎ型ドープおよび／またはｐ型ドープされたシリコンを有する１つまたは複数の接合を含んでよく、ｐ−ｉ−ｎ結合をさらに備えてもよい。他の材料も用いられてよい。光子が吸収されて電気的担体（正孔および電子）にエネルギーが伝達される（１つまたは複数の）光吸収材料は、本明細書ではＰＶ活性層またはＰＶ電池の材料と称され、この用語は、複数のアクティブな副層を包含するように意図されている。ＰＶ活性層用の材料は、所望の性能およびＰＶ電池の用途次第で選択することができる。
【００５０】
図９Ａは、一般的な薄膜ＰＶ電池９０Ｂを概略的に示すブロック図である。一般的な薄膜ＰＶ電池９０Ｂは、光が通過することができるガラス基板９１を含む。ガラス基板９１上に、第１の電極層８３、ＰＶ材料８１（アモルファスシリコンを含むものとして示されている）および第２の電極層８２が配置される。第１の電極層８３は、ＩＴＯなどの透明な導電材料を含むことができる。図示のように、第１の電極層８３と第２の電極層８２とは、その間に薄膜ＰＶ材料８１を挟む。示されたＰＶ材料８１はアモルファスシリコン層を含むが、他のＰＶ薄膜材料も知られている。当技術分野で知られているように、ＰＶ材料として働くアモルファスシリコンは、１つまたは複数のダイオード接合を含んでよい。さらに、１つまたは複数のアモルファスシリコンＰＶ層は、ｐ型ドープ層８１ｂとｎ型ドープ層８１ａとの間に真性シリコン層８１ｃが挟まれたｐ−ｉ−ｎ接合を備えてよい。ｐ−ｉ−ｎ接合は、ｐｎ接合より高い効率を有することができる。いくつかの他の実施形態では、ＰＶ電池は複数の接合を備えることができる。
【００５１】
層８１、８２、８３は、物理的気相成長法、化学的気相成長法、電気化学的気相成長法などの堆積法を用いて堆積されてよい。薄膜ＰＶ電池は、薄膜シリコン、ＣＩＳ、ＣｄＴｅまたはＣＩＧＳなどのアモルファスまたは多結晶の材料を含んでよい。薄膜ＰＶ電池のいくつかの利点には、とりわけデバイスのフットプリントが小さいことおよび製造プロセスのスケーラビリティがある。
【００５２】
図９Ｂは、インターフェロメトリーで機能強化されたＰＶスタックまたはＰＶ電池９０Ｂの一実施例を示す。インターフェロメトリーで機能強化されたＰＶ電池９０Ｂは、ＰＶ活性材料またはＰＶ層８１を含む。ＰＶ材料８１は、基板９１の上に形成された薄膜光起電力材料を含んでよい。ＰＶ材料８１の下に配置された光共振キャビティ９３および反射器９４は、ＰＶ材料８１内の電界の強度をインターフェロメトリーで高めるように構成され、インターフェロメトリーで機能強化された高効率のＰＶ電池９０Ｂをもたらす。ＰＶ材料８１を覆う電極９２は、ＰＶ材料８１からの電子および／または正孔の伝導を助長するいくらかの領域では不透明でよい。そうでなければ、ＰＶ材料８１も、透明な導電酸化物（ＴＣＯ）層、またはＴＣＯ層および不透明な電極の両方を備える電極９２で覆われてよい。同様に、光共振キャビティ９３は、光共振キャビティ９３の一部分ならびにＰＶ材料８１から正孔および／または電子を導くための導電層の両方として働くＴＣＯ層を備えてよい。ＰＶ材料８１は、アモルファスシリコン、ＣＩＧＳまたは他の薄い半導体膜の光起電力材料などの薄膜光起電力材料を備えてよい。反射器９４および光共振キャビティ９３の光学的性質（寸法および材料特性）は、層になったＰＶデバイス９０Ｂの境界面からの反射が可干渉に合計されて、光エネルギーが電気エネルギーに変換されるＰＶ電池９０ＢのＰＶ材料８１内に適当な波長の分布および位相の向上した電界を生成するように選択される。そのようなインターフェロメトリーで機能強化された光起電力デバイスによって、干渉型光電池の活性領域における光エネルギーの吸収が増加し、それによってデバイスの効率が向上する。この実施形態に対する変形形態では、異なる波長の光を別々に調整し、かつＰＶ材料（複数可）における吸収を最大化するのに、複数の光共振キャビティを使用することができる。埋められた光共振キャビティおよび／または層は、透明な導電材料もしくは誘電体材料、空隙、またはそれらの組合せを備えてよい。
【００５３】
ディスプレイにＰＶ電池を一体化することにより特定の利点が得られることから、以下の実施形態は、光電池をディスプレイデバイスに組み込む、あるいは一体化する光電池を説明する。光電池は、ディスプレイ上に入射する光、ディスプレイから反射される光、またはディスプレイによって発生される光を取り込んで電気に変換するように配置されてよい。有利には、好ましい実施形態では、光電池は、主として周辺光に依存するディスプレイと一体化されてよいが、他のディスプレイ技術が用いられてもよい。
【００５４】
図１０は、ＰＶ一体型ディスプレイデバイス１００の実施形態の一般化された概略図を示し、ディスプレイ素子１０１は、ＰＶ電池１１０、１２０と一体化されている。「ディスプレイ素子」は、本明細書では、アクティブな画像領域内のアクティブなディスプレイ（例えばピクセル、ピクセルのアレイまたはピクセルアレイ中のピクセル間の間隙）のフィーチャを表すのに用いられる。
【００５５】
いくつかの実施形態では、図１０に示されるように、ディスプレイ素子１０１は、２つのＰＶ電池、ディスプレイ素子１０１の前の前面ＰＶ電池１１０、およびディスプレイ素子１０１の後ろの裏面ＰＶ電池１２０と一体化される。他の実施形態では、ＰＶ一体型ディスプレイデバイス１００は、ディスプレイ素子１０１の前に単一のＰＶ電池１１０を有してよく、あるいはディスプレイ素子１０１の背後に単一のＰＶ電池１２０を有してよい。ＰＶ一体型ディスプレイデバイス１００内のディスプレイ素子１０１は、透過性、反射性、半透過性、または放射性のディスプレイ技術を含む複数のディスプレイ技術のうち任意のものを備えてよい。そのような技術の実施例には、干渉型変調ディスプレイ、液晶ディスプレイ、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ、真空蛍光ランプディスプレイ、発光ダイオードディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイ、電気泳動ディスプレイ、プラズマディスプレイ、または表面電界ディスプレイが含まれる。
【００５６】
図１０に示されるように、ＰＶ一体型ディスプレイデバイス１００上に周辺光１０２が入射する。周辺光１０２が前面ＰＶ電池１１０内のＰＶ材料を通過するとき、光の一部分が光起電力材料で受け取られて電気に変換され、光の別の部分１０６はディスプレイ素子１０１上に入射する。次いで、いくらかの光１０３がディスプレイ素子１０１を通過し、次いで、裏面ＰＶ電池１２０内のＰＶ材料上に入射することができる。次いで、いくらかの光１０４も、ディスプレイ素子１０１によって反射または放射され、次いで前面ＰＶ電池１１０内のＰＶ材料を通過し得る。そこで、光の一部分が光起電力材料で受け取られて電気に変換され、光１０５の別の部分は視聴者に送られる。
【００５７】
ディスプレイ素子１０１は、穴、間隙または空隙、ならびに透明な物理的構造体などのディスプレイ素子１０１を通って周辺光１０２が透過するのを可能にするフィーチャを備えてよい。さらに、いくらかのアクティブなピクセル区域は透過性または半透過性でよい。したがって、ディスプレイ素子１０１の背後に配置されたＰＶ電池１２０は、ディスプレイ素子１０１内の様々な構造体によってディスプレイ素子１０１を通って透過し得るいくらかの光１０３を取り込んでよい。そのとき、ディスプレイの背後のＰＶ電池１２０の配置が、電気を発生するのに有利に利用され得る。
【００５８】
同様に、様々な種類のディスプレイ素子１０１が、ディスプレイ素子１０１の前に形成されたＰＶ電池１１０に一体化されてよい。そのような実施形態では、いくらかの周辺光１０２が、ＰＶ電池１１０によって取り込まれて電気を発生するのに用いられ得る。さらに、光１０４のうち、視聴者へ反射された、放射された、あるいはディスプレイ素子１０１を通って透過された、いくらかがＰＶ電池１１０に吸収され、いくらかの残りの光１０５が視聴者に到達する。これは、ディスプレイ素子１０１のコントラストを低下させる可能性がある。しかし、ディスプレイ素子１０１の前に形成されたＰＶ電池１１０は、画像品質に対するＰＶ電池１１０の悪影響を低減するように、十分透過性に構成され得る。ディスプレイ素子１０１から反射または放射された光１０４に加えて、ディスプレイ素子１０１の前に位置するＰＶ電池１１０が、周辺光１０２を吸収して電気に変換し、それによって電流を発生する。したがって、ＰＶ電池１１０がディスプレイ素子１０１のコントラストを低下させる可能性があるが、ディスプレイ素子１０１が、携帯電話または屋外のディスプレイなど、かなりの周辺光１０２を伴う環境内にあると予期され得る用途では、このトレードオフは、それだけの価値を有する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、ディスプレイ素子１０１の前に配置されたＰＶ電池１１０は、（特に反射性または半透過性のディスプレイの場合）十分な光１０６がディスプレイに当たるように、いくらかの入射光１０２がディスプレイに到達すること、ならびに十分な光１０４が、ディスプレイ素子１０１から透過され、放射され、あるいは反射されて視聴者に到達することの両方を可能にするように十分に透過性である。代替実施形態では、ＰＶ電池は、画像を発生するためには用いられないディスプレイ素子１０１内の区域の前に（例えばディスプレイの画像領域内のピクセルの間に）形成されるようにパターニングされてよい。
【００５９】
図１１は、ＰＶ一体型ディスプレイ１００の概略図であり、説明の目的のために干渉型変調器ピクセル１１１を１つだけ示している。しかし、当業者なら、ディスプレイが、（例えば図７Ａ〜図７Ｅに示されたもののような）何百、何千または何百万もの干渉型変調器ピクセルおよびサブピクセルを備えることができ、その原理および利点が、他の種類のディスプレイに一般化され得ることを理解するであろう。いくつかの実施形態では、ＰＶ電池１１０および１２０は、電気を発生するための光を取り込むように、ディスプレイ素子１０１の前および／または背後に配置されてよい。ＰＶ一体型ディスプレイ１００は、前面ＰＶ電池１１０ならびに裏面ＰＶ電池１２０の両方を有して示されているが、前面ＰＶ電池１１０のみ、または裏面ＰＶ電池１２０のみを備えてもよいことが理解されよう。ＰＶ電池１１０がディスプレイの前に配置される実施形態では、ＰＶ電池１１０に入射するいくらかの周辺光１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが電気を発生することになる。ディスプレイ素子１０１が見えるようにするために、ＰＶ電池１１０は、いくらかの光が次いでディスプレイ素子１０１内のピクセル１１１に透過するのを可能にするように、好ましくは部分的透過性である。次いで、ＰＶ電池１１０を通ってピクセル１１１へ透過された光は、視聴者へ部分的に反射され（１０４）（またはピクセルが暗状態のときには、反射はほとんどない）、また、ディスプレイの背後のＰＶ電池１２０へ部分的に透過され得る。次いで、透過光１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、さらなる電気を発生することができる。
【００６０】
ＰＶ電池１２０がディスプレイ素子１０１の背後に配置された実施形態では、ＰＶ電池１２０は、光線１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃによって示されるように、ディスプレイ素子を通って透過される、あるいはディスプレイ素子１０１を通り過ぎる周辺光１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを取り込むことができる。反射性または半透過性のディスプレイは、入射する周辺光を、必ずしもすべて吸収するとは限らず、視聴者の方へすべて反射するとも限らない。光は、多くの異なる理由により、（アクティブな画像領域または周辺で）ディスプレイ素子１０１を通過し得る。ディスプレイ素子１０１の背後にＰＶ電池１２０を配置すると、電気を発生するために未使用の光を有利に取り込むことができる。
【００６１】
例えば、ピクセルの周辺またはアクティブディスプレイ領域の近くに入射する周辺光１０２ａは、アレイの縁端部またはピクセルの間などのディスプレイ内の間隙１１２を単に通過する可能性がある。さらに、干渉型ディスプレイ素子１０１は、不透明または半透明のフィーチャに、光が通過することができる穴、空間または間隙などのフィーチャを備えてよい。そのような領域または区域は、そのようなフィーチャが、見られる画像に悪影響を及ぼすのを防止するために、ブラックマスクを用いてマスクされることが多い。例えば、ディスプレイ素子１０１のアクティブな画像領域内に間隙１１２があると、下の背板１１３などの高度に反射性の構造体が露出して白色に見え、したがって画像が白っぽくなる恐れがある。これらの領域をマスクする代わりに、透過光１０３ａを電気に変換するように、ＰＶ電池１２０がディスプレイ素子１０１の背後に配置されてよく、そのようなＰＶ電池１２０は、ディスプレイ素子１０１を通過する光および視聴者へ戻る反射を吸収することにより、同時にブラックマスクとして役立つことができる。そのようなＰＶ電池１２０は、ディスプレイの後ろまたは背後にある高度に反射性の面の前にあるように配向されてもよい。例えば、示された背板１１３は高度に反射性であり得るが、この高度に反射性の面は、ディスプレイ素子１０１の背後に位置する任意の高度に反射性の面でよい。ディスプレイ素子１０１は、周辺光がディスプレイを通って透過するのに寄与する他のフィーチャも備えてよい。例えば、このディスプレイは、支柱１８、支柱栓４２、レール、または柱などの物理的構造体を備えてよい。これらの構造体は、透明材料で作製されてよく、したがって、ディスプレイ素子１０１の背後に位置するＰＶ電池１２０へかなりの光１０３ｃを透過することができる。
【００６２】
さらに、反射性または半透過性のディスプレイ内のアクティブなピクセル１１１は、ディスプレイの背後に配置されたＰＶ電池１２０へ、いくらかの光１０３ｂを透過することができる。例えば、ＭＥＭＳ反射器またはミラー１４は、部分的に反射性でありながら、いくらかの光１０３ｂを透過することができる。これは、ミラー１４を形成する金属層の厚さまたはミラー１４内に形成された穴によるものであり得る。ミラー１４の背後（ミラー１４の反対側）に配置されたＰＶ電池１２０がなければ、そのような光は浪費されることになる。
【００６３】
（光線１０３ａのように）ピクセルのまわりもしくはピクセルの間を通る光、および（光線１０３ｃのように）支持構造物１８、４２を通る光の例は、画像領域またはＭＥＭＳアレイ内の不活性領域を通過する光の利用を示す。材料は、そのような不活性領域を通る透過率を最大化するように選択することができる。同様に、ミラー１４の形状、材料、および／または厚さは、ＭＥＭＳ干渉変調器用の可動ミラーの機能を犠牲にすることなく、（光線１０３ｂのように）ピクセルの活性領域を通るものの透過率を最大化するように選択することができる。
【００６４】
図１２は、前側の、光が入射する面上に視聴者への画像を表示するディスプレイ素子１０１を示す。ディスプレイ素子１０１は、画像領域１２１および非画像領域１２２を備える。画像領域は、少なくとも１つのアクティブなピクセル１１１ａを含む。一般に、画像領域１２１は、アクティブなピクセル１１１ａ、１１１ｂ、．．．、１１１ｎのアレイを含む。アクティブなピクセル１１１ａ、１１１ｂ、．．．、１１１ｎは、本明細書の他のところで開示されるように、様々なディスプレイ技術で用いられる任意の種類のピクセルでよく、また、すべてのピクセルが同一タイプである必要性はない。例えば、それぞれのアクティブなピクセルは、干渉型変調器、ＬＣＤピクセル、または電気泳動ピクセルを備えるピクセルまたはサブピクセルでよい。
【００６５】
図１０および図１１に示されるように、ＰＶ電池１１０は、ディスプレイ素子１０１の前に形成されてよい。したがって、図１３は、画像領域内のディスプレイ素子１０１の上または前にＰＶ電池１１０を含む、ＰＶ一体型ディスプレイデバイス１００の実施形態を示す。いくつかの実施形態では、ＰＶ活性材料はブランケット層であり、パターニングされないままである。有利には、ＰＶ電池１１０は、周辺光１０２、ディスプレイで発生された光１０４、またはその両方を受け取ることができるように配向される。例えば、ＰＶ電池１１０は、ＰＶ活性材料と電気的に接触する、パターン化透明導電性材料またはブランケット透明導電性材料を備えてよい。そのような導電層は、ＰＶ活性材料の前および／または背後にあってよく、ＰＶ材料が光１０２、１０４を両方向で受け取るのを可能にするように透明である。ＰＶ電池１１０も、ＰＶ活性材料と電気的に接触するがほとんどの光がディスプレイ１００および／または視聴者へ透過するのを可能にするようにパターン化されている不透明電極を使用することにより、光を受け取ることができるように配向され得る。
【００６６】
図１４は、図１３の１つのピクセル１１１ａの拡大図であり、ディスプレイ素子１０１は、前のＰＶ電池１１０の下に示されている。図１４に示されるように、ＰＶ一体型ディスプレイデバイス１００上に周辺光１０２が入射する。光１０２の一部分がＰＶ活性材料８１中に吸収されて電気を発生し、一方、いくらかの光１０６がピクセル１１１ａへ透過する。いくつかの実施形態では、ピクセル１１１ａは、干渉型変調器などの反射性のピクセルでよい。そのような実施形態では、ピクセル１１１ａに入射する光１０６は、吸収される（暗いピクセル）、あるいは図示のようにピクセル１１１ａに入射する光１０６のいくらかは反射される（「明るい」ピクセル）（例えば図１に関して上記で説明されたように「開状態の」干渉型変調器対「閉状態の」干渉型変調器）。ピクセル１１１ａが主として反射性である実施形態では、ピクセル１１１ａから反射するいかなる光１０４も、次いでＰＶ材料８１に部分的に吸収されることになり、一方、いくらかの光１０５が、次いで視聴者へ透過される。
【００６７】
ピクセル１１１ａが主として反射性である実施形態では、反射光１０４、１０５が、ディスプレイデバイス１１０によって表示される画像に寄与することになる。ピクセル１１１ａが非反射性である実施形態では、いかなる反射光１０４、１０５も、画像を劣化させてギラツキの一因となる恐れがある。いくつかの実施形態では、ＰＶ電池１１０の上に反射防止膜またはパッシベーション層などの他の層が形成されてよい。様々な光学的機能、電気的機能、または機械的機能を果たす他の層も、ＰＶ電池１１０の上に形成されてよい。
【００６８】
図１４に示されるように、ＰＶ活性材料８１は、回路内のＰＶ電池１１０または１２０を接続するための前面電極および裏面電極への接触を改善する働きをすることができる透明導電性材料１４１と１４２との２つの層の間に挟まれてよい。ＰＶ活性材料８１は、透明な導電材料の層の１つだけと電気的に接触するように構成されてよいことが理解されよう。透明導電層１４１、１４２により、ＰＶ活性材料８１およびＰＶ電池１１０は、一般に、ＰＶ電池１１０の前面または裏面から、光を受け取ることができ、受け取るように構成され得て、あるいは受け取るように配向され得る。図１４に示されるように、透明導電層１４１、１４２により、入射する周辺光１０２が光起電力活性材料８１ならびにディスプレイ素子１０１に到達することが可能になる。透明導電層１４１、１４２により、ディスプレイからの反射１０４からのいくらかの光１０５が視聴者に渡ることも可能になる。放射性ディスプレイまたは透過性ディスプレイなど、ディスプレイ素子１０１が光を放射または発生する実施形態では、透明導電層１４１、１４２は、ディスプレイで発生された光が視聴者に到達するのを可能にすることになる。他の実施形態では、前面ＰＶ電池１１０は、透明導電層１４１、１４２の代わりに、あるいは透明導電層１４１、１４２と電気的に接触させて、不透明電極を備えてよい。これらの実施形態では、前面ＰＶ電池１１０は、前面ＰＶ電池１１０が光線１０２および１０４を受け取るように、前面上または裏面上に適切にサイズ設定された開口を設けるように不透明電極を適切にパターニングすることにより、ＰＶ電池１００の前面および／または裏面から光を受け取るように配向される。前面ＰＶ電池１１０に受け取られた光の一部分が吸収され、光１０６、１０５の一部分が透過される。
【００６９】
図１５は、ＰＶ一体型ディスプレイデバイス１００の実施形態を示し、前面ＰＶ電池１１０は、ディスプレイの前に配置または形成される。図１５に示されるように、ディスプレイ素子１０１は光源１５１を備えてよい。光源１５１は、ＬＣＤピクセルなどのアクティブなピクセルの背後から光を供給するように構成されたバックライトでよい。したがって、バックライトは、アクティブなピクセルのアレイの裏面または背後に形成されてよい。あるいは、光源１５１がピクセル自体を備えてよい。例えば、ディスプレイは、ＬＥＤが光を発生するＬＥＤピクセルのアレイで構成されてよい。そのような実施形態では、個々のピクセルが、光源１５１として働くことができる。図１５に示されるように、前面ＰＶ電池１１０は、光源１５１によって放射された光１０４など、ディスプレイ素子１０１によって放射された光１０４を受け取ることができるように配向される。前面ＰＶ電池１１０は、透明導電体または前述のようなパターン化不透明電極を使用することにより、ディスプレイ素子１０１によって放射された光１０４を受け取ることが可能であり得る。図示の前面ＰＶ電池１１０は、ディスプレイで発生された光１０４および周辺光１０２を取り込んで電気に変換することができる。前述のように、ディスプレイで発生された光１０４の、視聴者への透過における前面ＰＶ電池１１０での吸収による損失は、多くの場合有益なトレードオフであり得る。例えば、屋外のディスプレイまたはモバイルデバイスの用途では、ＰＶ一体型ディスプレイ１００が、かなりの入射する周辺光を受け取ると予期されることがある。入射する周辺光から発生される電気量は重要であるが、前面ＰＶ電池１１０は、ディスプレイで発生された光１０５が十分に視聴者に到達するように、十分透過性に構成されてよい。
【００７０】
透明導電層１４１、１４２は、任意の透明導電材料を含んでよい。多くの透明導電材料は透明導電酸化物（ＴＣＯ）である。ＴＣＯ層は、光を阻止することなくＰＶ材料への電極コンタクトを改善するために、光起電力材料、特に薄膜光起電力材料とともに使用されることが多い。機能的に、ＴＣＯは、前面電極または裏面電極の一部分を電気的に形成してよく、これらの電極は、一般にＴＣＯ材料と電気的に接触する不透明金属の電極または導電電極を備える。ディスプレイの用途では、不透明電極は、ＰＶ材料がかなりの光を取り込むことができる大きなウィンドウを形成するようにパターニングされてよい。あるいは、電極は、画像表示領域の外側の透明導電材料とすべて接触してよい。当業者に既知のように、通常のＴＣＯは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）である。ＩＴＯを形成する方法または堆積する方法は、当技術分野で周知であり、電子ビーム堆積、物理的気相成長またはスパッタ堆積の技法を含む。他のＴＣＯ材料および製造プロセスも用いられてよい。ＴＣＯ層は、他の実施形態では省略することができる。
【００７１】
一般に、ディスプレイ１００の前に形成されるＰＶ電池１１０は、前述のように薄膜光起電力材料を備えてよい。薄膜ＰＶ電池のいくつかの利点には、デバイスのフットプリントが小さいことおよび製造プロセスのスケーラビリティがある。ＰＶ電池１１０がディスプレイ１００の前に配置される用途では、薄膜ＰＶ電池は、部分的透過性に設計されてよい。ＰＶ電池がディスプレイの前に配置される実施形態では、透過率は、表示画像が優れたままであるように十分に高いのが望ましいが、透過率が高いとＰＶ電池の効率が低下する。依然として所望の発電を得たままでディスプレイに高画像品質を保つために、いくつかの実施形態では、透過率は、望ましくは５０％と９５％との間にあり、好ましくは約６０％と８０％との間にある。
【００７２】
図１６は、ＰＶ一体型ディスプレイデバイス１００の別の実施形態を示し、ＰＶ電池１２０は、画像領域１２１内でディスプレイの裏面の上に形成されている（図１２を参照されたい）。多くのディスプレイが、入射する周辺光１０３ｃをディスプレイ１００の裏へ透過することができるアクティブなピクセルの間に空間または間隙１６１を有するので、ＰＶ電池１２０は、有利には、図１６に示されるようにディスプレイ素子１０１の背後に配置されてよい。したがって、いくつかの実施形態では、ディスプレイ１００は、アクティブなピクセル１１１ａ、１１１ｂの間に間隙１６１または他の構造を備えてよく、周辺光１０３ｃが、裏面ＰＶ電池１２０およびＰＶ材料８１に到達するのを可能にすることができる。ディスプレイ１００は、少なくとも部分的に透明で周辺光１０３ｃがＰＶ活性材料８１に到達するのを可能にすることができる画像領域１２１内に、不活性の構造体１６２も備えてよい。図示の実施形態では、不活性の構造体１６２は、ディスプレイ素子１０１のピクセルアレイまたは画像領域の不活性領域内に形成された支持体である。例示的透明材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、クロム（ＩＩＩ）酸化膜（Ｃｒ３Ｏ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）などの誘電体を含んでよい。しかし、任意の透明材料または部分的透明材料が、不活性の構造体１６２に用いられてよい。
【００７３】
図１６のディスプレイ素子１０１は、光源１５１も備えてよく、ＰＶ電池１２０は、光源１５１からの光１６３を受け取って電気に変換することができるように配向され、構成されている。裏面ＰＶ電池１２０は、透明導電体または前述のようなパターン化不透明電極を使用することにより、光源１５１によって放射された光１６３を受け取ることが可能であり得る。したがって、ＰＶ電池１２０は、ディスプレイで発生された、表示画像を発生するために視聴者の方へ向かうのでない、したがって回収されなければ浪費されることになる光１６３からエネルギーを回収するのを助長し得る。光源１５１は、バックライト、発光ピクセルまたは反射性ピクセルを照らすための前面光でよい。
【００７４】
図１６に示されるように、裏面ＰＶ電池１２０は、ＰＶ活性材料８１の背後に形成された不透明電極１６４を備えてよい。しかし、いくつかの用途では、光は、前面および裏面の両方からディスプレイ上に入射してよい。例えば、裏面ＰＶ電池１２０の、照らされたディスプレイ素子１０１から反対側に、別のディスプレイが形成または配置されてよい。そのような実施形態では、裏面ＰＶ電池１２０は、２つのディスプレイの間に挟まれてよく、そのために、不透明電極１６４は、（図１５の１４２のように）透明な導電材料で置換されてよい。さらに、透明導電層１４１の上に不透明電極１６５が形成されてよい。しかし、裏面ＰＶ電池１２０の表面の光への露出を最大化するために、ほとんどの光がディスプレイを透過してＰＶ活性材料８１に到達するのを可能にするために、ＰＶ電池は、電極１６５が、わずかな光または比較的少量の光しかディスプレイ素子１０１を透過しないと予期される領域しか覆わないように選択的にパターニングされるように構成され、あるいは配向される。
【００７５】
図１７は、図１６のものに類似のＰＶ一体型ディスプレイ１００の実施形態を示し、ディスプレイ材料１０１は干渉型変調器を備える。いくつかの実施形態では、干渉型変調器は主として反射性である。しかし、主として反射性のディスプレイさえ、ディスプレイの裏へかなりの光を透過する。したがって、この光を取り込むように、ディスプレイ素子１０１の背後にＰＶ電池１２０が配置されてよい。周辺光１０３ｃは、支柱、柱、レール（例えば、図７Ａ〜図７Ｅの１８、４２を参照されたい）または透明もしくは半透明の材料で作られている他の構造などの不活性の構造体１６２、ならびに空隙または間隙を通ってＰＶ電池１２０に到達することができる。干渉型変調器ピクセルのアレイを有する一実施形態では、ディスプレイ素子１０１は、反射層１４の行または列の間に空間または間隙１７１も含んでよい。これらの間隙は、光１０３ｂを、下のＰＶ電池１２０へ透過することも可能であり得る。
【００７６】
以前に説明されたように、干渉型変調器ピクセルは、光吸収器（図１の光学積層体１６内に形成される）、反射器１４、および可変光キャビティまたは垂直の間隙１９を備えてよい。しかし、反射器１４または反射層さえ、ディスプレイ素子１０１の背後に配置されたＰＶ電池１２０へ、いくらかの光が透過するのを可能にすることができる。例えば、反射器１４は、光が通過するのを可能にする小さな穴１７２を備えてよい。小さな穴１７２は、製造プロセスにおいて有益であり得る（例えば、エッチングガスが犠牲材料に到達するのを可能にする一方でＭＥＭＳを「解放し」、また、ディスプレイによって発生された画像にほとんど影響を及ぼさない）。また、小さな穴１７２は、反射器１４が上または下へ移動するとき、空気が通るのを可能にすることにより、反射性の膜１４またはミラーが（図１に示されるように）作動状態から緩和状態へ容易に移るのを可能にするのを助長し得る。ディスプレイの背後にＰＶ電池１２０を配置することは、これらの穴１７２ならびに前述の不活性の構造体１６２を、光を取り込んでそれを用いて電気を発生するのに利用する。
【００７７】
さらに、干渉型変調器ピクセルは、部分的透過性に構成または設計されてよく、したがって、アクティブなピクセルは、かなりの周辺光が通過してＰＶ電池１２０およびそのＰＶ活性材料８１に到達するのを可能にすることができるように設計されてよい。一般に、反射器１４は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、およびクロム（Ｃｒ）またはＭｏＣｒなどの前述の合金などの金属層を備えてよい。反射器１４は、一般に不透明になり得るほど十分に厚い（例えば３００ｎｍ以上）。しかし、他の実施形態では、反射器１４は「半透過性の」ＩＭＯＤディスプレイ用の部分的反射器である。特定の実施形態の反射器１４の透過率は、反射器１４の厚さ次第である。一般に、部分的反射器である金属反射器１４は、２０Åと３００Åとの間にあり、好ましくは２２５Å未満である。ＰＶ一体型ディスプレイ１００の様々な実施形態の反射器１４において薄い半反射性の層を用いることにより、干渉型変調器は、ディスプレイピクセルのアクティブなアレイを約５％から約５０％が通過して光起電力材料に到達するのを可能にするように構成されてよい。
【００７８】
本明細書に開示された様々な実施形態は、様々なやり方で製造されてよい。例えば、画像領域内にアクティブなピクセルのアレイを備えるディスプレイは、ＰＶ電池およびディスプレイのうちの１つを他方の上に積層することによってＰＶ電池に一体化されてよい。あるいは、ディスプレイの背後に配置されたＰＶ電池については、ＰＶ電池は、用途次第で、金属または透明であり得る背板上に形成されてよい。次いで、背板がディスプレイに取り付けられてよく、ディスプレイデバイスの裏面を形成する。ＰＶ電池がディスプレイの前に配置される他の実施形態では、ガラスまたはプラスチックなどの透明なカバー板上にＰＶ電池が形成されてよい。カバー板は、次いでディスプレイ上に取り付けられるか積層されてよく、あるいは、ディスプレイは、次いでカバー板の一方の面上または反対側の面上に形成または堆積されてよい。
【００７９】
他の実施形態では、ディスプレイおよびＰＶ電池は、当業者に既知の様々な堆積技法を用いて、同一基板の両側の面上に形成されてよい。例えば、ガラス基板は、基板の片側面上にディスプレイを形成するための基板（例えば図１および図７Ａ〜図７Ｅの基板２０）として使用されてよい。ＰＶ電池も基板の反対側の面上に形成されてよい。例えば、最初に片側の面上にＰＶ電池が堆積されてよく、次いで反対側の面上にディスプレイが堆積されてよい。ＰＶ電池およびディスプレイの堆積は、様々な実施形態で達成されてよく、ＰＶ電池がディスプレイの前または背後に配置されるのを可能にすることが当業者には理解されよう。
【００８０】
前述の詳細な説明は、本発明のいくつかの実施形態を開示しているが、この開示が単なる例示であって、本発明を限定するものではないことを理解されたい。開示された特定の構成および作用は、前述のものと異なるものであり得て、本明細書で説明された方法は、半導体デバイスの製造と別の状況で用いられ得ることを理解されたい。当業者なら、一実施形態に関して説明された特定の特徴が、他の実施形態にも適用可能であり得ることを理解するであろう。例えば、干渉型スタックの様々な特徴が、光電池、光起電力のデバイスまたはアレイの前面に関して論じられており、そのような特徴は、光電池、光起電力のデバイスまたはアレイの裏面の上に形成された干渉型スタックに容易に適用可能である。例えば、様々な反射器の特徴が、ＰＶデバイスの前面の上に形成された干渉型変調器の様々な実施形態に関して論じられてきた。そのような反射器の特徴は、部分的反射器の使用を含んでＰＶデバイスの裏面の上に形成された干渉型変調器にも適用可能であり、あるいは、干渉型変調器のいくつかの実施形態については、裏面電極を反射器として使用するのと同時に反射器を省略するのに適用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１２ａ，１２ｂ  干渉型変調器
１４ａ，１４ｂ  可動反射層
１６，１６ａ，１６ｂ  光学積層体
１８  支柱
１９  間隙
２０  透明基板
２１  プロセッサ
２２  アレイドライバ
２４  行駆動回路
２６  列駆動回路
２７  ネットワークインターフェイス
２８  フレームバッファ
２９  ドライバコントローラ
３０  ディスプレイ
３２  テザー
３４  変形可能な層
４０  ディスプレイデバイス
４１  容器
４２  支柱栓
４３  アンテナ
４４  バス構造
４５  スピーカ
４６  マイクロホン
４７  トランシーバ
４８  入力デバイス
５０  電源
５２  調整用ハードウェア
８０  ＰＶ電池
８１  ＰＶ材料
８１ａ  ｎ形半導体材料
８１ｂ  ｐ型半導体材料
８１ｃ  真性シリコン層
８２  裏面電極
８３  前面電極
８４  反射防止コーティング
８５  外部回路
８６  電池
９０Ｂ  薄膜ＰＶ電池
９１  ガラス基板
９２  電極
９３  光共振キャビティ
９４  反射器
１００  ディスプレイデバイス
１０１  ディスプレイ素子
１０２，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ  周辺光
１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ  透過光
１０４，１０５，１０６  光
１１０  ＰＶ電池
１１１  干渉型変調器のピクセル
１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ  アクティブなピクセル
１１２  間隙
１１３  背板
１２０  ＰＶ電池
１２１  画像領域
１２２  非画像領域
１４１，１４２  透明導電層
１５１  光源
１６１  間隙
１６２  不活性の構造体
１６３  光
１６４，１６５  不透明電極
１７１  間隙
１７２  穴
【図１】
2011504600.tif 000003
【図２】
2011504600.tif 000004
【図３】
2011504600.tif 000005
【図４】
2011504600.tif 000006
【図５Ａ】
2011504600.tif 000007
【図５Ｂ】
2011504600.tif 000008
【図６Ａ】
2011504600.tif 000009
【図６Ｂ】
2011504600.tif 000010
【図７Ａ】
2011504600.tif 000011
【図７Ｂ】
2011504600.tif 000012
【図７Ｃ】
2011504600.tif 000013
【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月18日(2009.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面へ画像を表示し、前記前面の反対側に裏面を有するディスプレイデバイスであって、
画像領域内に反射性の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを備えた反射性のアクティブなピクセルのアレイを備えるディスプレイと、
前記画像領域内において前記反射性のアクティブなピクセルの前記前面および前記裏面のうちの１つの上に形成された光起電力材料を備え、光を受け取ることができるように配向された光電池とを備えるディスプレイデバイス。
【請求項２】
前記光起電力材料がブランケット層である請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記光電池が、周辺光を受け取ることができるように配向された請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ディスプレイが光源をさらに備え、前記光電池が、前記光源によって放射された光を受け取ることができるように配向される請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記画像領域において前記ディスプレイの前記前面上に形成された光起電力材料を備える前面光電池と、
前記画像領域において前記ディスプレイの前記裏面上に形成された光起電力材料を備える裏面光電池とをさらに備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記光起電力材料が、堆積された薄膜光起電力材料を備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記光起電力材料が、単結晶光起電力材料を備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記光起電力材料が、前記画像領域内の前記ディスプレイの前記前面の上に形成される請求項２に記載のデバイス。
【請求項９】
前記光電池が、周辺光ならびに前記ディスプレイによって発生された光の両方を受け取って電気に変換することができる請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記光電池が、前記光起電力材料の前記前面上および前記裏面上の前記光起電力材料と電気的に接触する透明導電膜を備える請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記光起電力材料が、前記光起電力材料に入射する可視光の７０％を上回る透過率を有する請求項８に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記アクティブなピクセルが、光吸収器、反射器、および前記光吸収器と前記反射器との間の可変間隙をそれぞれ備える干渉型変調器を備える請求項８に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記ディスプレイが光源をさらに備え、前記光電池が、前記光源からの光を受け取って電気に変換することができるように配向される請求項８に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記光起電力材料が、前記画像領域内の前記ディスプレイの前記裏面の上に形成される請求項２に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記ディスプレイが、周辺光が前記光起電力材料に到達することを可能にすることができる前記アクティブなピクセルの間に間隙を備える請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記ディスプレイが、前記アレイ領域内に不活性の構造体をさらに備え、前記不活性の構造体が、少なくとも部分的に透明であって、周辺光が前記光起電力材料に到達するのを可能にすることができる請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記アクティブなピクセルが、部分的透過性に構成され、前記部分的透過性のアクティブなピクセルが、周辺光が通過して前記光起電力材料に到達するのを可能にすることができる請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記アクティブなピクセルが、前記アクティブなピクセルに形成された穴によって部分的に透過性である請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記アクティブなピクセルが、干渉型変調器を備え、各干渉型変調器が、光吸収器、反射器、および前記光吸収器と前記反射器との間の可変間隙を備える請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記反射器が、前記反射器に入射する可視光の約５０％までが前記光起電力材料に到達するのを可能にするように構成される請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記反射器が、２２５Å未満の厚さを有する金属層である請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記ディスプレイが光源をさらに備え、前記光電池が、前記光源からの光を受け取って電気に変換することができるように配向される請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記ディスプレイと通信し、画像データを処理するように構成されたプロセッサと、
前記プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスとをさらに備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記ディスプレイに少なくとも１つの信号を送るように構成された駆動回路をさらに備える請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２５】
入力データを受け取って、前記プロセッサに前記入力データを伝達するように構成された入力デバイスをさらに備える請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２６】
前面へ画像を表示するように構成され、前記前面の反対側に裏面を有するディスプレイデバイスを製造する方法であって、
反射性の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを備えた反射性のアクティブなピクセルのアレイを画像領域内に備えるディスプレイを設けるステップと、
前記画像領域内において前記反射性のアクティブなピクセルの前面および裏面のうちの１つの上に光起電力材料を配置するステップとを含む方法。
【請求項２７】
前記光起電力材料の前記裏面上の前記光起電力材料と電気的に接触する透明導電膜を形成するステップをさらに含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記光起電力材料を配置するステップが、前記アレイ領域の前面または裏面の上に前記光起電力材料を積層するステップを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
光学的に適当な基板上に薄膜光起電力材料を形成し、前記アレイ領域の前面または裏面の上に前記基板を積層するステップをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記光起電力材料を配置するステップが、ブランケット層の光起電力材料を堆積するステップを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記光起電力材料を配置するステップが、前記反射性のアクティブなピクセルの裏面の上に前記ブランケット層の光起電力材料を堆積するステップを含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記アクティブなピクセルが、部分的透過性に構成され、前記部分的透過性のアクティブなピクセルが、周辺光が通過して前記光起電力材料に到達するのを可能にすることができる請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記アクティブなピクセルが、干渉型変調器を備え、各干渉型変調器が、光吸収器、反射器、および前記光吸収器と前記反射器との間の可変間隙を備える請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記反射器が、前記反射器に入射する可視光の約５０％までが前記光起電力材料に到達するのを可能にするように構成される請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記反射器が、２２５Å未満の厚さを有する金属層である請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記アクティブなピクセルが、前記反射器に形成された穴によって部分的に透過性である請求項３３に記載の方法。
【国際調査報告】
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