(57)【要約】      （修正有）【課題】より簡単な工程によって製造することができ、高い解像度を有する光学系配置構造および表示装置を提供する。【解決手段】キャリア１の上に多数の発光チップ２を備え、第１の発光チップそれぞれが第１のグループ２１のピクセルを備え、第２の発光チップそれぞれが第２のグループ２２のピクセルを備える。第１の発光チップの１つと、第２の発光チップの１つとが、キャリアの上に平面状に第１のユニットセルＥ１に配置されている。光学素子は、発光方向において発光チップの下流に配置され、第１のグループのピクセルからの光と、第２のグループのピクセルからの光が、取り出し面７における第２のユニットセルＥ２において組み合わされるように、第１のグループのピクセルと第２のグループのピクセルによって放出された光が導かれるように設計されており、第２のユニットセルそれぞれが第１のユニットセルそれぞれの領域よりも小さい領域を有する。【選択図】図１Ａ
2017168855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系配置構造であって、
−  キャリア（１）の上の多数のピクセル発光チップ（２）であって、第１のピクセル発光チップそれぞれが第１のグループの類似する複数のピクセル（２１）を有し、第２のピクセル発光チップそれぞれが第２のグループの類似する複数のピクセル（２２）を有し、前記第１のピクセル発光チップの１つと、前記第２のピクセル発光チップの１つとが、前記キャリア（１）の上に２次元的に第１のユニットセル（Ｅ１）において配置されている、前記多数のピクセル発光チップ（２）と、
−  発光方向において前記ピクセル発光チップ（２）の下流に配置されている光学素子であって、少なくとも１つの第２のユニットセル（Ｅ２）が第１のユニットセル（Ｅ１）の領域よりも小さい領域を有するように、前記第１のグループのピクセル（２１）および前記第２のグループのピクセル（２２）によって放出された光を、取り出し面（７）における第２のユニットセル（Ｅ２）において組み合わせるように、構成されている、前記光学素子と、
を備え、
前記第１のグループのピクセル（２１）が第１の波長の光を放出するように構成されており、
前記第２のグループのピクセル（２２）が前記第１の波長と異なる第２の波長の光を放出するように構成されており、
１つのグループのピクセルは、同じピークまたは同じ主波長を有する、および／または同じスペクトル領域において光を放出し、
各々の前記ピクセル発光チップのピクセルは、個別に作動可能である、光学系配置構造。
【請求項２】
光学系配置構造であって、
−  キャリア（１）の上の多数のピクセル発光チップ（２）であって、第１のピクセル発光チップそれぞれが第１のグループの類似する複数のピクセル（２１）を有し、第２のピクセル発光チップそれぞれが第２のグループの類似する複数のピクセル（２２）を有し、前記第１のピクセル発光チップの１つと、前記第２のピクセル発光チップの１つとが、前記キャリア（１）の上に２次元的に第１のユニットセル（Ｅ１）において配置されている、前記多数のピクセル発光チップ（２）と、
−  発光方向において前記ピクセル発光チップ（２）の下流に配置されている光学素子であって、少なくとも１つの第２のユニットセル（Ｅ２）が第１のユニットセル（Ｅ１）の領域よりも小さい領域を有するように、前記第１のグループのピクセル（２１）および前記第２のグループのピクセル（２２）によって放出された光を、取り出し面（７）における第２のユニットセル（Ｅ２）において組み合わせるように、構成されている、前記光学素子と、
を備え、
前記光学素子は、発光方向において前記ピクセル発光チップ（２）の下流に配置されている第１のマイクロレンズアレイ（３）、第１のプリズムアレイ（４）、第２のプリズムアレイ（５）および第２のマイクロレンズアレイ（６）を含み、
前記第１のマイクロレンズアレイ（３）は、個々のピクセルそれぞれによって発散的に放出された光をコリメートし、
前記第１のプリズムアレイ（４）は、前記第１のマイクロレンズアレイ（３）によってコリメートされた光を偏向させ、
前記第２のプリズムアレイ（５）は、前記第１のプリズムアレイ（４）により偏向された光を、前記第２のプリズムアレイ（５）の法線に平行になるように偏向させ、
前記第２のマイクロレンズアレイ（６）は、前記第１のプリズムアレイ（４）および第２のプリズムアレイ（５）によって偏向された光ビームが取り出し面（７）に位置合わせされて集束される位置に配置されている、光学系配置構造。
【請求項３】
−  第３のピクセル発光チップが、前記キャリア（１）の上に２次元的に配置されており、それぞれが第３のグループのピクセル（２３）を有し、
−  前記第１のユニットセル（Ｅ１）それぞれが、前記第１のピクセル発光チップの１つと、前記第２のピクセル発光チップの１つと、前記第３のピクセル発光チップの１つとを備えており、
−  少なくとも１つの第２のユニットセル（Ｅ２）が、第１のユニットセル（Ｅ１）の領域よりも小さい領域を有するように、取り出し面（７）における第２のユニットセル（Ｅ２）において、前記第１のグループのピクセル（２１）、前記第２のグループのピクセル（２２）、および前記第３のグループのピクセル（２３）によって放出された光を組み合わせるように、前記光学素子が構成されている、
請求項１または２に記載の光学系配置構造。
【請求項４】
前記第１のピクセル発光チップと、前記第２のピクセル発光チップと、第３のピクセル発光チップが、ピクセル発光チップごとに異なる色を有する光を放出する、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項５】
前記第２のユニットセル（Ｅ２）のそれぞれ１つが、前記第１のユニットセル（Ｅ１）のそれぞれ１つの領域より小さい領域を有する、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項６】
前記第１のピクセル発光チップと、前記第２のピクセル発光チップと、第３のピクセル発光チップとが、前記キャリア（１）の上に横方向に互いに隣り合うように、または行列状に互いに隣り合うように、配置されている、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項７】
−  少なくとも第４のピクセル発光チップが、前記キャリア（１）上に２次元的に配置されており、それぞれが、少なくとも１つの第４のグループのピクセルを有し、
−  前記第１のユニットセル（Ｅ１）それぞれが、前記第１のピクセル発光チップの１つと、前記第２のピクセル発光チップの１つと、第３のピクセル発光チップの１つと、前記少なくとも第４のピクセル発光チップの１つと、を備えており、
−  少なくとも１つの第２のユニットセル（Ｅ２）が、前記第１のユニットセル（Ｅ１）の領域よりも小さい領域を有するように、取り出し面（７）における第２のユニットセル（Ｅ２）において、前記第１のグループのピクセル（２１）、前記第２のグループのピクセル（２２）、第３のグループのピクセル（２３）、および前記少なくとも第４のグループのピクセルによって放出された光を組み合わせるように、前記光学素子が構成されている、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項８】
前記第１のユニットセル（Ｅ１）の少なくとも１つが、複数の第１のピクセル発光チップおよび複数の第２のピクセル発光チップを有する、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項９】
前記キャリア（１）が、平面を有する、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項１０】
前記第１のピクセル発光チップ、前記第２のピクセル発光チップ、第３のピクセル発光チップ、および／または第４のピクセル発光チップが、前記キャリア（１）の上に規則的な２次元格子状に配置されている、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項１１】
前記第１のピクセル発光チップはそれぞれ、前記第１のグループのみの複数のピクセルを有し、
前記第２のピクセル発光チップはそれぞれ、前記第２のグループのみの複数のピクセルを有する、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項１２】
−  前記キャリア（１）と、前記ピクセル発光チップと、前記光学素子とを備えた複合要素が統合されている、または、
−  前記キャリア（１）に前記ピクセル発光チップおよび前記光学素子が取り付けられている、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項１３】
前記光学素子がマイクロレンズのアレイ（３，６）を有し、前記マイクロレンズのアレイ（３，６）が、前記ピクセル発光チップによって放出された光の発散放射ビームを平行にする、もしくは、平行な放射ビームを組み合わせる、またはその両方を行うように構成されている、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項１４】
前記光学素子がプリズムのアレイ（４，５）を有し、前記プリズムのアレイ（４，５）が、光を導く、もしくは、光の向きを変える、またはその両方を行うように構成されている、
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項１５】
前記マイクロレンズのアレイ（３，６）と前記プリズムのアレイ（４，５）が、
−  前記光学素子においてモノリシックに統合されている、または、
−  個別の要素として具体化されている、
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項１６】
少なくとも１つのピクセル発光チップの前記ピクセルが個別に作動可能であり、前記ピクセルそれぞれによって放出される光の強さが調整可能である、
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項１７】
前記ピクセルが、カラーモデル規格であるＲＧＢカラーモデルまたはＲＧＢＹカラーモデルに従って光を放出するように構成されている、
請求項１から請求項１６のいずれかに記載の光学系配置構造。
【請求項１８】
表示装置であって、
−  請求項１から請求項１７のいずれかに記載の光学系配置構造と、
−  前記ピクセルを作動させる制御ユニットと、
を備えている、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系配置構造および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイなど最近の表示装置は、多数の画素（またはピクセル）の配置構造をしばしばベースとしている。このようなディスプレイの解像度は、画素自体のサイズの一次近似に依存する。発光ダイオード（ＬＥＤ）をベースとする発光チップを使用して、高解像度ディスプレイを製造することができる。色を表示させるため、赤、緑、青（ＲＧＢ）などの三原色における多数の小さい発光ＬＥＤチップを組み立てなければならない。ＨＤＴＶ（高精細度テレビ）の場合、約６００万個のチップが必要である。この方法にはさまざまな欠点がある。第一に、多数の小さなチップを配置して接続するためには、相当な時間と技術的コストが要求される。第二に、小さいチップの専有面積の効率性が、製造工程時に例えば分離や接続によって領域が失われることで、低減する。第三に、小さいチップは、より大きいチップよりも、小電流問題（small current problems）の影響を受けやすい。
【０００３】
これに代えて、１種類の原色（通常では青色）を有するピクセルＬＥＤチップ（pixelated LED chip）を使用することができ、チップのピクセルに、緑色および赤色など別の色のための適切な変換要素を交互に設けることができる。この方法では、高効率かつ安定的な赤色変換要素がないことに加えて、変換要素の必要な厚さが約１００μｍであることにより、特に、実現可能な最小ピクセル寸法が幾何学的に制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
より簡単な工程によって製造することができ、高い解像度を提供することのできる光学系配置構造および表示装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態においては、本光学系配置構造は、キャリア上に多数の発光チップを備えている。本光学系配置構造は、それぞれが第１のグループの複数のピクセルを有する第１の発光チップを備えている。さらに、本光学系配置構造は、それぞれが第２のグループの複数のピクセルを有する第２の発光チップを備えている。さらに、第１の発光チップの１つと、第２の発光チップの１つとが、キャリア上に２次元的に第１のユニットセルにおいて配置されている。さらに、本光学系配置構造は、発光方向において発光チップの下流に配置されている光学素子を備えている。
【０００６】
光学素子は、少なくとも１つの第２のユニットセルが第１のユニットセルのそれぞれ１つの領域よりも小さい領域を有するように、第１のグループのピクセルおよび第２のグループのピクセルによって放出された光を、取り出し面（decoupling plane）における第２のユニットセルにおいて組み合わせるように、構成されている。さらに、第２のユニットセルそれぞれが、第１のユニットセルのそれぞれ１つの領域よりも小さい領域を有することが可能である。一例として、本光学系配置構造は、第１のユニットセルおよび少なくとも２つの第２のユニットセルを備えており、第２のユニットセルそれぞれが、第１のユニットセルの領域よりも小さい領域を有する。
【０００７】
キャリアは、一例として、セラミック材料から作製されており、光学系配置構造を制御ユニットに接続できるようにする目的で、電気接続部を備えている。この場合、第１のグループのピクセルが第１の波長の光を放出するように構成されており、第２のグループのピクセルが異なる波長の光を放出するように構成されていることが好ましい。一例として、第１のグループのピクセルが赤色光を放出し、第２のグループのピクセルが緑色光を放出する、またはこの逆である。しかしながら、第１のグループのピクセルまたは第２のグループのピクセルが青色光を放出することも可能である。個々のピクセル（画素とも称される）は、発光ダイオードを使用して実施されていることが好ましい。光学素子は、レンズ（特に、フレネルレンズ）、格子、バイナリ回折素子（binary diffractive element）などの光学要素を備えていることが好ましい。
【０００８】
用語「ユニットセル」は、個々の発光チップのグループが形成されるように並べられた、発光チップの配置構造または発光領域に関する。第１のグループのピクセルを有する１つまたは複数の発光チップと、第２のグループのピクセルを有する１つまたは複数の発光チップが、それぞれ第１のユニットセル内に配置されており、第１のユニットセル内のそれぞれのチップの数もしくは配置構造またはその両方は同じであることが好ましい。１つのグループのピクセルは、互いに隣接していることが好ましい。さらに、１つのグループのピクセルは、同じピークまたは同じ主波長を有する、または同じスペクトル領域において放出する、または同じ製造タイプであるという意味において、互いに似ていることが好ましい。ただし製造に依存するばらつき（異なる発光強度など）は生じうる。ピクセルの１つのグループを有する発光チップは、ピクセルのさらなる（好ましくは異なる）グループを有するさらなる発光チップに隣接している。特に、本出願の意味において、第１のユニットセルは、光学素子を記述するために使用できる、隣り合う発光チップの最小のユニットである。さらには、「キャリア上の２次元的な配置」という表現は、発光チップを、例えば１列に互いに隣り合うように配置する、または行列状に配置することの両方が可能であることを意味するものと理解されたい。
【０００９】
第２のユニットセルは、取り出し面に定義されている。第２のユニットセルは、複数の異なるグループのピクセルからの、光学素子によって導かれた光、を含む。特に、第２のユニットセルは、取り出し面における光の再配置を記述するために使用できる、取り出し面における隣り合うピクセルの最小のユニットである。
【００１０】
類似する発光画素（またはピクセル）のグループをそれぞれが有する発光チップを使用することによって、単純化された製造法が可能である。それぞれの発光チップにおいて、ピクセルの類似するグループが組み合わされる。これは製造において有利であり、なぜなら、さまざまなカラーフィルタを含むフィルタの配置（例えばベイヤー配列方式）、または個々のピクセルに割り当てられる変換要素を省くことが可能であるためである。これにより、より単純であるのみならず、より費用効果の高い製造法となる。
【００１１】
本光学系配置構造の全体としての高い解像度は、光学素子を使用することによって得られ、なぜなら、たとえ類似するピクセルのグループを有する発光チップそれぞれが第１のユニットセルにおいて互いに隣り合う場合でも、第２のユニットセルそれぞれにおいて、異なるグループのピクセルからの光が組み合わされるためである。特に、解像度は、発光チップのサイズ（例えば発光チップの辺長）によって制限されない。そうではなく、ピクセルから放出される光が光学素子によって再配置されるため、達成可能な解像度は、ピクセル自体のサイズに依存する。
【００１２】
再配置によって、異なる波長の光が第２のユニットセルにおいて組み合わされ、第２のユニットセルは、類似するピクセルのグループを有する発光チップによって実質的に形成されている第１のユニットセルよりも小さい領域を有する。したがって、本光学系配置構造では、結果としての第２のユニットセル（ピクセルからなる）が、（チップからなる）第１のユニットセルよりも小さいように、チップによって放出される光が再配置される。言い換えれば、本光学系配置構造は、チップによって放出される光の向きを変化させ、さらにフォーカスすることができる。ピクセルの第２のユニットセルの辺長は、一例として、第１のユニットセルの辺長の１／４である。結果として、直接発光型ＲＧＢディスプレイ（directly emitting RGB display）の設計上の利点が得られる。
【００１３】
さらなる実施形態によると、第３の発光チップが、キャリア上に２次元的に配置されており、それぞれが第３のグループの複数のピクセルを有する。この場合、第１のユニットセルそれぞれは、第１の発光チップの１つと、第２の発光チップの１つと、第３の発光チップの１つとを備えている。
【００１４】
第３のグループのピクセルは、第１のグループのピクセルによって放出される光の波長と、第２のグループのピクセルによって放出される光の波長とはそれぞれ異なる波長の光を放出することができる。特に、第１のグループのピクセルと、第２のグループのピクセルと、第３のグループのピクセルは、それぞれ、他の２つのグループのピクセルの光とは異なるスペクトル色を有する光を放出することができる。したがって、一例として、１つのグループのピクセルが赤色光を生成し、さらなるグループのピクセルが緑色光を生成し、最後のグループのピクセルが青色光を生成する。したがって、第１の発光チップと、第２の発光チップと、第３の発光チップは、３つの異なる色の光を生成する。
【００１５】
この場合、光学素子は、少なくとも１つの第２のユニットセルが、第１のユニットセルのそれぞれ１つの領域よりも小さい領域を有するように、取り出し面における第２のユニットセルにおいて、第１のグループのピクセル、第２のグループのピクセル、および第３のグループのピクセルによって放出された光を組み合わせるように構成されている。
【００１６】
ピクセルの第３のグループを有する第３の発光チップを使用することによって、本光学系配置構造を使用してより多くの色を表示することが可能である。一例として、これにより、特定のカラーモデルを表示するための基本構造が提供される。一例として、第１のグループのピクセルと、第２のグループのピクセルと、第３のグループのピクセルを、ＲＧＢカラーモデルの原色である赤色、緑色、青色に割り当てることができる。この場合、光学素子は、３つの原色を有する（したがって例えばＲＧＢ原色すべてを有する）第２のユニットセルを提供することができる。
【００１７】
さらなる実施形態によると、第１の発光チップと、第２の発光チップと、第３の発光チップが、キャリア上に横方向に互いに隣り合うように、または行列状に互いに隣り合うように、配置されている。
【００１８】
さらなる実施形態によると、少なくとも第４の発光チップが、キャリア上に２次元的に配置されており、それぞれ、少なくとも１つの第４のグループの複数のピクセルを有する。この場合、第１のユニットセルそれぞれは、第１の発光チップの１つと、第２の発光チップの１つと、第３の発光チップの１つと、少なくとも１つの第４の発光チップとを備えている。第４のグループのピクセルは、一例として、緑色光を放出することができる。
【００１９】
この場合、光学素子は、少なくとも１つの第２のユニットセルが、第１のユニットセルのそれぞれ１つの領域よりも小さい領域を有するように、取り出し面における第２のユニットセルにおいて、第１のグループのピクセル、第２のグループのピクセル、第３のグループのピクセル、および少なくとも第４のグループのピクセルによって放出される光を組み合わせるように構成されている。
【００２０】
少なくとも第４の発光チップを使用することは、前に提示した、２つのまたは３つの異なる発光チップをベースとする配置構造の発展形態である。この場合に可能であることとして、第４のグループのピクセルそれぞれに第４の色が割り当てられ、したがって本光学系配置構造は、４つの原色に基づくカラーモデルを表示することができる。しかしながら、合計で４種類の発光チップまたはそれぞれのピクセルのグループのうちの２つが、同じ波長を放出することも可能であり、したがって例えば、赤色、緑色、緑色、青色によるベイヤー配列を表現することができる。別の割当ても同様に可能であり、例えば、それぞれが第５のグループの複数のピクセルを有する第５の発光チップなどである。
【００２１】
さらなる実施形態によると、第１のユニットセルの少なくとも１つが、多数の第１の発光チップまたは多数の第２の発光チップを有する。
【００２２】
さらなる実施形態によると、キャリアは、平面または湾曲面を有する。この方法においては、本光学系配置構造を、平面状に使用する、例えば面発光装置または面発光ディスプレイとして使用することができる。しかしながら、湾曲したキャリアによる３次元形状に従って本配置構造を具体化することも同様に可能である。
【００２３】
さらなる実施形態によると、第１の発光チップ、第２の発光チップ、第３の発光チップ、および／または第４の発光チップは、キャリア上に規則的な２次元格子状に配置されている。特に、規則的な２次元格子は、周期的または準周期的とすることができる。
【００２４】
一例として、格子は、キャリア上に第１のユニットセルにおいて定義されている発光チップの配置構造を、周期的または準周期的に反復させることによって得られる。この反復は、キャリアの表面に沿った２つの異なる方向に進めることによって定義されることが好ましい。このように光学素子を具体化する結果として、取り出し面における第２のユニットセルに基づく反復格子がさらに得られる。
【００２５】
さらなる実施形態によると、規則的な２次元格子は、正方格子、六角格子、または準結晶格子を有する。
【００２６】
この場合、正方格子、六角格子、または準結晶格子の形における２次元格子に従って発光チップを配置することが可能である。一例として、目的の用途が、湾曲した２次元ダイレクトディスプレイ（curved, areal direct display）である場合、例えば球形のサッカーボールを構築するのに五角形や六角形の形状による２次元格子が適しているように、対応して湾曲したチップ配置を考慮することができる。
【００２７】
さらには、発光チップのピクセルの各グループを、正方形パターン、六角形パターン、または準結晶パターンの形に配置することが考えられる。この場合、各２次元格子は、それぞれの発光チップがその外縁部において互いに隣り合うように、または互いに直接隣接するように配置され、したがって正方形、六角形、または一般的に多角形の形における２次元格子が形成されるように、実施することができる。
【００２８】
規則的な格子は、ユニットセルを空間内の３方向に周期的に反復させることによって構築することができる。したがって、２回対称、３回対称、４回対称、および６回対称のみを有する。しかしながら、ダブルユニットセル（または高次のユニットセル）を非周期的に反復させることもでき、本出願の意味においては準結晶格子を表す。一例としては、例えばいわゆるペンローズ格子が挙げられる。
【００２９】
さらなる実施形態においては、さらなる発光チップが、キャリア上に、２次元的に（特に平面状に）配置されており、それぞれ、ピクセルのさらなるグループを備えている。この場合、第１のユニットセルそれぞれは、第１の発光チップの１つと、第２の発光チップの１つと、第３の発光チップの１つと、第４の発光チップの１つと、さらなる発光チップ（例えばそれぞれが第５のグループの複数のピクセルを有する第５の発光チップ）の１つとを備えている。
【００３０】
この場合、光学素子は、少なくとも１つの第２のユニットセルが、第１のユニットセルのそれぞれ１つの領域より小さい領域を有するように、取り出し面における第２のユニットセルにおいて、第１のグループのピクセル、第２のグループのピクセル、第３のグループのピクセル、第４のグループのピクセル、およびさらなるグループのピクセルによって放出される光を組み合わせるように構成されている。さらには、第２のユニットセルそれぞれが、第１のユニットセルのそれぞれ１つの領域よりも小さい領域を有することができる。
【００３１】
このように、さらなる発光チップおよびピクセルのさらなるグループを使用することは、いわば、提示した光学系配置構造の原理を一般化することである。この方法を使用することで、さまざまな発光ピクセルを有する発光チップを柔軟に組み合わせて比較的大きな装置を形成することが可能である。
【００３２】
さらなる実施形態によると、キャリアと、発光チップと、光学素子からなる複合要素が統合されている。この場合、製造時に互いにすでに位置合わせされており、結果として調整が確保されている構成部品を有する構成要素は、本光学系配置構造の製造の範囲内である。これに代えて、キャリアに発光チップおよび光学素子を取り付けることが可能である。この場合、本光学系配置構造は、モジュール式であり、個々の構成要素を互いに個別に製造することができる。したがって、例えば、ウェハをベースとして本光学系配置構造を製造することが可能である。発光ウェハと、光学素子を備えているマイクロオプティクスウェハ（micro-optics wafer）とを個別に製造して結合することが好ましい。
【００３３】
さらなる実施形態によると、光学素子は、マイクロレンズのアレイを備えている。この場合、マイクロレンズは、発光チップによって放出された光の発散放射ビームをコリメートするように構成されている。さらに、平行な放射ビームをまとめることが可能である。したがって、発光チップのそれぞれのピクセルからの光が第２のユニットセルの中に導かれるように、マイクロレンズを利用してビームが導かれる。
【００３４】
さらなる例示的な実施形態によると、光学素子は、プリズムのアレイを備えている。この場合、プリズムのアレイは、光を導く、もしくは光の向きを変える、またはその両方を行うように構成されている。
【００３５】
プリズムのアレイを利用することで、第１のユニットセルにおける複数の異なる発光チップにおけるピクセルの各グループからの光が、第２のユニットセルにおいて再配置される。プリズムのアレイは、個々のプリズムの傾斜角およびアライメントが異なるピクセルそれぞれに対して異なるように具体化することができる。
【００３６】
さらなる実施形態においては、マイクロレンズのアレイおよびプリズムのアレイは、光学素子においてモノリシックに統合されている。
【００３７】
さらなる実施形態によると、マイクロレンズのアレイおよびプリズムのアレイは、個別の要素として具体化されている。
【００３８】
さらなる実施形態によると、キャリア上に配置されているピクセルそれぞれを個別に作動させることができる。特に、作動するピクセルそれぞれによって放出される光の強さは、調整可能である。
【００３９】
この方法においては、例えばＬＥＤダイレクトディスプレイ（LED direct display）（すなわちＬＣＤイメージャを使用しないディスプレイ）を実施することが可能である。そうでない場合、均一に発光するピクセルを有するＬＥＤを備えたディスプレイ（例えばＬＣＤ）の場合、下流に結像素子を配置しなければならない。利点は、特に、比較的高い解像度である。
【００４０】
さらなる実施形態によると、キャリア上に配置されているピクセルは、カラーモデル規格に従って光を放出するように構成されている。カラーモデル規格は、特に、ＲＧＢカラーモデルまたはＲＧＢＹカラーモデルを備えていることができる。
【００４１】
一実施形態によると、本表示装置は、上に示した光学系配置構造を備えている。さらに、本表示装置は、キャリア上に配置されているピクセルを作動させるための制御ユニット、を備えている。
【００４２】
多数の発光チップは、適切な寸法のキャリア上に配置することができる。この場合、第１のユニットセルが最小の単位を構成する。この方法においては、本光学系配置構造を組み合わせて、スクリーン、テレビ、モニタなどの表示装置を形成し、そのように動作させることができる。特定の解像度において、例えばＨＤＴＶ（高精細度テレビ）のディスプレイの場合、ピクセルチップ（pixelated chip）および上述した光学素子を有する提案したタイプの表示装置では、小さい個々のチップから構成される同程度の表示装置よりも、要求されるチップ数が大幅に少ない。
【００４３】
以下では、本発明について、複数の例示的な実施形態を使用して図面に基づいてさらに詳しく説明する。部分／部品や構成要素が同じ機能を有する場合、以下の図面それぞれにおいてそれらの説明を繰り返さない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】光学系配置構造の例示的な実施形態を示している。
【図１Ｂ】光学系配置構造の例示的な実施形態を示している。
【図１Ｃ】光学系配置構造の例示的な実施形態を示している。
【図２】光学系配置構造のさらなる例示的な実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１Ａは、光学系配置構造の例示的な実施形態を示している。システムキャリア１の上に複数の発光チップ２が配置されており、システムキャリア１は、例えばセラミックから構築することができる。発光チップ２それぞれは、発光ピクセルのグループ２１，２２，２３を備えており、これらのグループそれぞれは、異なる色を放出するように構成されている。したがって、例えば、図１Ａにおける発光チップ２は、第１のグループ２１のピクセルを備えている。さらなる発光チップ２は、第２のグループ２２のピクセルを有し、第３の発光チップ２は、第３のグループ２３の対応するピクセルを備えている。一例として、グループ２１，２２，２３のそれぞれのピクセルは、赤色、緑色、および青色を放出することができる。この例示的な実施形態においては、第１のグループ２１、第２のグループ２２、および第３のグループ２３を有する３種類の発光チップが、横方向に互いに隣り合うように配置されており、第１のユニットセルＥ１を形成している。
【００４６】
システムキャリア１とピクセル発光チップ２は、モノリシックな構成要素とすることができる。これに代えて、システムキャリアを個別に製造した後、システムキャリアに個々のチップを取り付けることができる。電気的配線と、設計の細部と、関連する要素（例えば接着剤、はんだ、はんだパッド、ボンディングワイヤなど）は、図面には示していない。個々のチップのピクセルは、一般には５０μｍのオーダーの直径Ｗｐを有し、間隔が２０〜３０μｍのピクセルグリッドに配置されている。チップは、１０００μｍのオーダーの辺長Λｃを有する。
【００４７】
発光方向における発光チップの下流には、マイクロレンズアレイ３、それに続くプリズムアレイ４、さらなるプリズムアレイ５、さらなるマイクロレンズアレイ６が配置されている。これらの光学要素は、複数の異なるグループのピクセルによって放出された光をコリメートして導くための光学素子を形成している。これに代えて、またはこれに加えて、マイクロレンズもしくはプリズムまたはその両方の代わりに、格子、ホログラフィック素子、フレネルレンズ、およびバイナリ回折素子を利用することもできる。さらには、取り出し面７（評価面（evaluation plane）とも称する）を示してあり、取り出し面７は、後述するように、ピクセル単位で再配置された発光面を有する新しい光源に相当する。
【００４８】
光学素子のさらなる詳細な要素は図１Ａには示していない。このような要素としては、一例として、光チャネルを分離するための分離手段（ｓｔｏｐ）、例えば評価面７におけるさらなる分離手段、機械的調整要素（スペーサ、調整マークなど）が挙げられる。
【００４９】
本光学系配置構造（図１Ａにはグループ２１，２２，２３を有する３つのピクセル発光チップを含むセクションを示してある）の動作時、第１のグループ２１のピクセル、第２のグループ２２のピクセル、および第３のグループ２３のピクセルが、それぞれ、自身の発光スペクトルに従って放出する。一例として、この例示的な実施形態においては、第１のグループ２１のピクセルが赤色光を放出し、第２のグループ２２のピクセルが緑色光を放出し、第３のグループ２３のピクセルが青色光を放出する。個々のピクセルに追加の光学素子（例えばレンズ）を設けることができるが、個々のピクセルは一般的には発散的に放出する。
【００５０】
個々のビームそれぞれは、個々のピクセルの下流に配置されている、マイクロレンズアレイ３のうちの対応するマイクロレンズ３に入射する。これらのマイクロレンズ３は、個々のピクセルそれぞれによって発散的に放出された光をコリメートする。次いで、個々の光ビームは、コリメートされた（好ましくは平行な）状態で、下流に配置されているプリズムアレイ４に入射し、コリメート光は、この素子によって所定の角度だけ向きが変化する。それぞれの角度は、ピクセルごとに異なることができる。しかしながら、これらの角度の選択は、向きが変わったそれぞれの光ビームが第２のプリズムアレイ５に入射し、第２のプリズムアレイ５においてさらに向きが変わってアレイ５の法線に再び平行になるように、行う。さらに、第１のプリズムアレイ４および第２のプリズムアレイ５によって向きが変わった光ビームを集光して、下流に配置されている取り出し面７にフォーカスすることができるような位置に、第２のマイクロレンズアレイ６が配置されている。この目的のため、第２のマイクロレンズアレイ６における個々のレンズの姿勢は、それまでにプリズムアレイ４，５によって向きが変わった光ビームの角度に適合するようにされている。
【００５１】
したがって、図面に点線によって示したように、取り出し面７における第２のユニットセルＥ２において、３つの色が、再配置されたピクセル２１’，２２’，２３’としてそれぞれ互いに隣り合うように、発光チップのピクセルによって放出された光ビームがマイクロレンズアレイ３，６およびプリズムアレイ４，５によって再配置される。言い換えれば、光学素子によって引き起こされる再配置によって、光学系配置構造の解像度を高めることができる。
【００５２】
図１には、本光学系配置構造のうち、３つの異なる発光チップを備えたセクションのみを示してある。図示したセクションの左端および右端には、上に説明した原理による対応するさらなる発光チップがそれぞれ隣接している。さらには、この図に示した直線状の配置構造に、第２の次元におけるさらなる配置構造を加えることも可能であり、結果として、平面状の２次元光学素子となる。
【００５３】
図１Ｂは、光学系配置構造のさらなる例示的な実施形態を示している。この図に示した光学系配置構造は、図１Ａに示した配置構造をベースとしているが、異なる点として、第１のマイクロレンズアレイ３および第１のプリズムアレイ４、または第２のプリズムアレイ５および第２のマイクロレンズアレイ６が、それぞれ統合的に（例えばモノリシック構成要素として）具体化されている。
【００５４】
図１Ｃは、提案した原理による光学系配置構造のさらなる例示的な実施形態を示している。この配置構造も、図１Ａに示した配置構造をベースとしている。この配置構造では、光学素子を形成する構成要素（すなわち第１および第２のマイクロレンズアレイ３，６と第１および第２のプリズムアレイ４，５）が、モノリシック構成要素によって互いに統合されている。
【００５５】
図２は、本光学系配置構造のさらなる例示的な実施形態を示している。この図に示した配置構造は、正方形パターンを形成している４つの発光チップから構成される第１の正方形ユニットセルＥ１を有する２次元の平面状配置構造である。この場合、２種類の類似する発光チップが設けられている。この配置構造においては、発光ピクセルの第１のグループ２１、第２のグループ２２、および第３のグループ２３それぞれに対して少なくとも１つの発光チップが設けられている。第１のグループ２１のピクセルは例えば赤色光を放出し、第２のグループ２２のピクセルは例えば緑色光を放出し、第３のグループ２３のピクセルは例えば青色光を放出する。
【００５６】
図１Ａ〜図１Ｃに概略的に示したように、類似する方法において、対応する光学素子が下流（発光チップの上）に配置されており、これらの光学素子それぞれは、第１および第２のマイクロレンズアレイと、第１および第２のプリズムアレイとを備えている。この場合、ピクセルによって放出される光が第１のユニットセルＥ１から放出されて第２のユニットセルＥ２に入射し、隣り合うピクセルそれぞれが異なる色を含み、したがって、より高い解像度が得られるように、光学素子が設定されている。図には、光学素子の結果としての再配置を、白色の矢印によって示してある。
【００５７】
マイクロレンズアレイ３，６およびプリズムアレイ４，５の具体化は、図１Ａ〜図１Ｃによる具体化に似ている。図１Ａ〜図１Ｃによる具体化では、個々のピクセルによって放出された光をコリメートし、一方向に沿って導く。原理的には、２次元の配置構造の場合、この原理を行および列に適用することが可能である。しかしながら、発光チップの行および列の間でも光が再配置されるように、マイクロレンズアレイ３，６およびプリズムアレイ４，５が構成されているならば、有利であり得る。この場合の利点として、特に、１つのピクセルからの光の向きをわずかに変えるのみでよい。
【００５８】
マイクロレンズの直径は、その光学特性が実質的に屈折性であるように、５０μｍ以上であることが好ましい。プリズムアレイによる角度の変化は、小さい、例えば３０゜未満、好ましくは１５゜未満、特に好ましくは１０゜未満であることが有利である。これは、チップにおけるピクセルによって放出される光が、上面視において取り出し面７における隣接するピクセルに進むように向きが変わる場合である。
【００５９】
図示した光学系配置構造では、ピクセルのグループ２１，２２，２３を有する結果としての第２のユニットセルＥ２が、チップ自体の配置によって定義される第１のユニットセルＥ１よりも小さいように、発光チップ（例えばＬＥＤチップ）によって放出された光が再配置される。図２において、ピクセルの第２のユニットセルＥ２の辺長は、チップの第１のユニットセルＥ１の辺長の１／４である。結果として、直接発光型ＲＧＢディスプレイの設計上の利点が得られる。現実的な数値は、一例として、チップの辺長Λｃが５００μｍであり、ピクセルの辺長または格子寸法Λｐが１００μｍである。したがって、例えば以下の関係（式（１），（２））が成り立つ。
【００６０】
格子定数（チップ）／格子定数（ピクセル）＝（Λｃ／Λｐ）＝５・・・（１）
チップ面積／ピクセル面積＝（Λｃ／Λｐ）２＝２５・・・（２）
【００６１】
特定の解像度において（例えばＨＤＴＶの場合）、ピクセルチップから構成され、説明した光学系配置構造を有するＬＥＤダイレクトディスプレイでは、小さい個々のチップから構成されるＬＥＤダイレクトディスプレイと比較して、必要なチップ数が１／２５である。
【００６２】
ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、特許請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が特許請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
【００６３】
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１３１０４０４６．２号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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