JP2017515137A - コントラストを改善した表示装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は非照明領域（９）および照明領域（１２）からなる表示領域（２）を有し、隣接する照明領域（１２）の重心は互いから観察者（５０）の分解能よりも短い間隔（１１、１１．１）を隔てて位置し、表示領域（２）全体における非照明領域（９）の割合が７０％よりも大きい表示装置（１）に関する。【選択図】図１

Description

本発明は複数の画素を有する表示領域を備えた表示装置に関するものである。従来技術においてこのような表示装置としては、たとえば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置や有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示装置などが知られている。このような表示装置の欠点は、これらの表示装置が有する限定されたコントラスト範囲である。
米国特許出願公開２００８／００２４４７０号明細書により、遮光性材料による、不可視で光透過性の表示システムが開示されている。テーパ穴の最小直径よりも小さい焦点幅を有するレーザビームを用いて、実質的に不可視で、テーパ状の光透過穴が、少なくとも遮光性材料の一部分を貫通して光透過パターン状に形成されている。その主な目的は、たとえば材料に不可視に組み込むことを意図した電池や待機光信号のためのＬＥＤ表示器などの応用にあり、そこでは穴自体が極小であることが意図されており、穴同士の間隔は観察者の分解能に適合されている。
本発明は、最初に示したタイプの表示装置、すなわち複数の画素を有する表示領域を備えた表示装置、たとえばＬＣＤやＯＬＥＤ表示装置の改善、特にこのようなディスプレイの表示品質および／または視覚的印象の改善、および／またはエネルギー効率がよりよくなるような表示装置の設計を目的とする。
この目的は独立請求項により達成される。有利な発展例は、従属請求項により明らかにされる。
具体的には、非照明領域および照明領域からなる表示領域を有する表示装置であって、隣接する照明領域の重心は互いに、観察者の分解能よりも短い間隔を隔てて位置し、表示領域全体における非照明領域の割合が７０％よりも大きい表示装置によって本目的は達成される。
その結果まず、既知の方法によって、人間の観察者が個々の照明領域を相互に判別することができないほど高解像度の表示装置が提供される。しかしながらそれに加えて、表示領域における照明領域の割合を計画的に削減することで、特別な利点が得られる。これは、照明領域を最大化しようとする一般的な試みとは正反対のものである。また、照明領域間の非照明領域を拡大することによっても特別な利点が得られる。その結果、暗領域は照明領域よりもずっと大きな割合を占めるため、実際に暗さを保持することがまた可能になり、一例を挙げると非照明領域の割合がたとえば９５％より大きい場合（本発明の好ましい特徴。下記参照のこと）に、より一層暗さを保持することが可能になる。また、暗領域は光を反射しにくいため、暗さの保持が可能になり、それは画像のより暗い領域および／または強い周囲光において特に有利である。したがって、良好なコントラスト値を得るために必要な光が（自然な周囲光において）少なくてすむため、相当な省電力化の可能性が提供される。さらに、非照明領域によって個々の照明領域間が大きく離れているためコントラストをさらに向上させることができ、一方では、隣接する照明領域間の光の「クロストーク」は全く存在しないか、存在しても実質的に低減される。
表示装置またはディスプレイとは、好ましくはデジタルもしくはデジタル化された画像、テキスト、グラフィック、または映像を表示するために組み立てられた装置を意味し、それらはそれぞれ個々の画素で構成される。たとえば、携帯式装置（例：移動式無線機やスマートフォン、腕時計や懐中時計、ポケットメディアプレーヤ、タブレットなど）、従来型のコンピュータ（ラップトップ、デスクトップなど）、テレビ、または広告や情報ディスプレイパネル（例：地下鉄、スポーツスタジアム、デパート、住宅の壁などにおける）のディスプレイである。
表示領域は好ましくは、観察者に対向する表示装置の領域であって、その領域内に個々の画素が配置される。表示領域は好ましくは、最も外側の画素に沿った、好ましくは表示装置の最も外側の照明領域に沿った、（仮想）線で限定される。原則として、たとえば機械的安定性を確保するフレームで表示領域の周りを囲むことが好ましい。ただしフレームは薄いほど、たとえば設計上なお一層有利である。
照明領域とは、スイッチオンモードにおいて観察者に向けて光線を発する領域を意味する。光線は（たとえば照明領域に配置されたＬＥＤのような能動光源によって）照明領域で直接生成されるか放射されてもよく、または照明領域を通して観察者に（ＬＣＤスクリーンなどを備えたバックライトによって）導かれてもよい。照明領域は好ましくは部分的にまたは完全に空気中または非物質的領域中に延在する。照明領域はフレームまたはマスクで囲まれることが好ましい。特に好ましくは、照明領域は部分的もしくは完全に、少なくとも部分的に、ある程度まで、もしくは完全に透明な固体からなり、またはその固体を部分的にもしくは完全に貫通する。たとえば、照明領域とは副画素を表現し、副画素が照明されるときに観察者に対して光を放射する表示装置の領域である。照明領域はどのような形状でもよいが、好ましくは正方形か円形である。好ましくは、少なくとも１つの照明領域の形状は一定の繰り返しに一致して存在する。１つの照明領域は好ましくは１つの画素に割り当てられる。
非照明領域とは照明領域間に存在し、それら自身は照明せず、またバックライトによって照明されない領域を意味する。好ましくは、１つあるいはすべての非照明領域は少なくとも９０％の遮光性を有する。
照明領域の重心とは、幾何学的焦点、または照明領域内の全地点の平均に数学的に対応する照明領域の焦点である。
観察者の分解能より短い間隔とは、好ましくは、画素または照明領域の配置が互いに近すぎるため、好ましくは特定のタイプの表示装置の使用時における通例の表示装置からの距離における視点から、観察者が２つの隣接する画素間または照明領域間を判別することがもはや不可能であるような間隔である。
好ましくは、観察者の分解能より短い間隔とは、観察者にとって最大で２分角の角度にあるように見える間隔である。画素または照明領域はその結果、観察者の大半にとって判別不可能となる。なぜなら人間の分解能は、最も好ましくない状態において約２分角に相当するからである。特に好ましくは、観察者に対する間隔は最大で１分角、特に好ましくは０．５分角、特に好ましくは０．２５分角の角度であるように見える間隔である。画素または照明領域はその結果、ほとんどすべての人間の観察者にとって判別不可能となる。最大角が小さいほど、２つの画素間または照明領域間を判別できるほど十分に良い視覚能力をもった観察者は少なくなる。
好ましくは、観察者の視点は特定のタイプの表示装置の使用時における通例の表示領域からの距離にある。たとえばその距離は携帯式装置（移動式電話機、時計、タブレットコンピュータ）のディスプレイに対して５ｃｍから１．２０ｍ、好ましくは１５ｃｍから６０ｃｍ、デスクトップコンピュータのディスプレイに対して２５ｃｍから２ｍ、好ましくは４０ｃｍから１ｍ、テレビに対して１ｍから７ｍ、好ましくは２ｍから５ｍ、および／または広告や情報ディスプレイパネルに対して２ｍから１００ｍ、好ましくは５ｍから１００ｍ超である。特に好ましくは、観察者の分解能より短い間隔とは、１ｍｍ未満であって、これはたとえばテレビの場合における通例の視距離（＞２ｍ）において、個々の画素間または照明領域間をユーザがもはや判別不可能な間隔である。
たとえば、表示装置は最小ユーザ距離が（眼に対して）５０ｃｍであるデスクトップコンピュータである。たとえば、潜在的ユーザの７０％が０．６分角よりも良い分解能をもたないとする仮説において、表示装置の画素または照明領域は互いに８７μｍ以下、好ましくは安全マージンのために８０μｍ隔てた間隔にあり、そのため表示装置の通例の使用時にユーザの少なくとも７０％に対して、個々の照明領域間を判別できないために特に高品質な表現が可能になる。結果として、表示装置の解像度は３１７ｄｐｉ、好ましくは安全マージンを有する３２０ｄｐｉである。
好ましくは、観察者の分解能よりも短い間隔とは最大１９０μｍ、好ましくは最大８０μｍ、特に好ましくは最大５０μｍである。その結果、観察者が通例よりも表示領域に近づいた場合においても個々の画素間または照明領域間を判別することができなくなる。個々の観察者の分解能および視力調節能力によって、視覚を最適に利用したとしても、また眼の最も近い焦点距離まで近づいたとしても観察者は個々の画素間または照明領域間を判別できないため、結果として個々の観察者がどれだけ表示装置に近づくかは問題ではない。
１つの、好ましくはすべての照明領域の長さは最大７０μｍ、好ましくは最大２５μｍ、特に好ましくは最大１０μｍ、または最大５μｍでさえあることが好ましい。その結果、観察者が裸眼で照明領域（スイッチオフ時）を判別できず、コントラストがより高い効果を有することが達成される。好ましくは長さとは、表示領域に平行な照明領域の長さ、好ましくは最大の長さである。特に好ましくは、長さは可視光および／または透過光の波長以下である。たとえば最大２μｍ、好ましくは最大１μｍ、または最大０．５μｍである。照明領域から発せられる光の出射角はその結果、特にレイリーの基準によって、より大きくなる。
表示領域全体における非照明領域の割合とは、好ましくは表示領域全体の表面領域における非照明領域の全領域部分の合計の割合である。それは好ましくは表示領域における照明領域の割合とは逆になり、すなわち表示領域全体における非照明領域の割合と照明領域の割合は合わせて好ましくは１００％になる。
表示領域における照明領域の割合とは、好ましくは表示領域全体における照明領域の全領域部分の合計の割合である。
これまでは、表示領域の非照明領域はＬＣＤセル制御配線のために通例生じるものであって、従来技術においては照明領域が可能な限り空間を得ることができるようにこれらの他の領域を可能な限り最小化することが目指されてきた。
表示領域全体における非照明領域の割合は、好ましくは８０％より大きく、好ましくは９０％より大きく、特に好ましくは９５％より大きく、より特に好ましくは９８％より大きく、最終的にさらに好ましくは少なくとも９９％である。
好ましくはこれと同様に、表示領域全体における照明領域の割合は最大２０％、好ましくは最大１０％、特に好ましくは最大５％、より特に好ましくは最大２％、最終的にさらに好ましくは最大１％である。
非照明領域の割合が大きくなるほど、および／または照明領域の割合が小さくなるほど、最初に述べた通り本発明の効果は強くなる。
本発明によるさらなる表示装置において、１つの画素に対し１つ以上の照明領域が割り当てられ、表示領域はそのような画素を複数有し、画素は好ましくは一定の繰り返しパターン状に配置され、結果として画像はそれらの画素から構成される。
好ましくは、１つの画素内の照明領域の互いを隔てる間隔は、他の画素の照明領域に対する間隔よりも短い。好ましくは、１つの照明領域、特に好ましくはすべての照明領域は、たとえば非発光または非導光領域、すなわち非照明領域によって他の画素の他の照明領域から離れている。たとえば、表示装置は単色でありそれぞれの画素は１つの照明領域で形成される。または表示装置は多色でありそれぞれの画素は２つ以上の照明領域で形成され、照明領域は異なる原色で光るか、もしくはそれぞれが多色に光る照明領域で画素が形成される。
本発明によるさらなる表示装置において、大半の、好ましくはすべての非照明領域の拡散反射の反射率は５０％未満である。
非照明領域はその結果、コントラスト比に正の影響をもたらすために有利に利用される。拡散反射の発生が少ないほど、非照明領域は暗く見える。明白な長所はさらに、通例の表示装置とは異なり、低反射率をうみだすためのより大きな領域（具体的にはすべての非照明領域の領域全体)を確保できるということにあり、この場合非照明領域が透明である必要性やその透過可能性を考慮する必要がない。また、このために低反射率はより簡単に、より大きな柔軟性をもって（たとえば材料、表面構造、表面コーティングなどの選択によって）達成することができる。好ましくは、拡散反射の反射率は２５％未満、特に好ましくは１０％未満、より特に好ましくは５％未満、さらに好ましくは１％未満である。
対照的に従来技術においては、照明領域のバックグラウンド（ＯＬＥＤ、ＬＣＤ、ＬＥＤなど)は（できる限り大きな照明領域によって）できる限り多くの光をもたらすための非常に高い反射率を有する。これは暗領域におけるコントラストに対して負の影響をもたらし、特に強い周囲光においては、周囲光に対して良好なコントラストを得るために光強度を増加させることがさらに強いられ、より多くのエネルギーがさらに必要とされる。これはさらにたとえば携帯型装置にとって実質的な欠点である。本発明によれば、（最小の照明領域のバックグラウンドが非常に高い反射率を有する場合においても）正反対のことが意図され、達成される。
拡散反射の反射率は好ましくはいわゆる光反射率値、ＬＲＶ（好ましくは英国測定標準 ＢＳ８４９３：２００８＋Ａ１：２０１０に従う）として、特に好ましくはアルべドメータを用いてアルべド値として測定され、好ましくは大半の、好ましくはすべての非照明領域が０．５未満、好ましくは０．２５未満、特に好ましくは０．１０未満、より特に好ましくは０．０５未満、さらに好ましくは０．０１未満のアルべド値を有する。アルべド値は好ましくは通常の光の入射時に、完全な照射表面から観察者に届く放射線束の、拡散反射する同じ大きさの完全に白いディスク（いわゆるランバートラジエータ）から観察者に届く放射線束に対する比である。
本発明によるさらなる表示装置において、大半の、好ましくはすべての非照明領域は鏡面反射の反射率が５０％未満である。
非照明領域はその結果、コントラスト比に正の影響をもたらすために有利に利用される。鏡面反射の発生が少ないほど明るい対象物が反射されることが少なくなるため、非照明領域は暗く見える。加えて、表示画像に不均一な鏡像が混ざり込むことが低減するので視認性が向上する。明白な長所はさらに、通例の表示装置とは異なり、低反射率をうみだすためのより大きな領域を確保することができることにある。好ましくは、鏡面反射の反射率は２５％未満、特に好ましくは１０％未満、より特に好ましくは５％未満、さらに好ましくは１％未満である。従来技術（従来型スクリーン）において、（より大きな）照明領域はほとんどがガラスまたはガラス様の材料を備えており、そのため表示領域全体がより大きな鏡面反射率を有する。対照的に、本発明は非常に小さい照明領域に基づいており、その結果たとえ照明領域がガラスまたはガラス様の材料を備えていてもその表示領域には鏡面反射がほとんどない。
鏡面反射の反射率は好ましくはグロスメータを用いてグロスユニット（ＧＵ）によって測定することもでき、好ましくは大半の、好ましくはすべての非照明領域がＧＵにおいて５０ＧＵ未満、好ましくは２５ＧＵ未満、特に好ましくは１０ＧＵ未満、より特に好ましくは５ＧＵ未満、さらにより好ましくは１ＧＵ未満の光沢を有する。好ましくは、ＧＵの尺度は研磨された黒ガラスの場合に得られる基準値に基づく。測定中、この基準値は好ましくは１００ＧＵに固定される。好ましくは第二の尺度の基準点は、完全なつや消し表面において得られる測定値の０ＧＵである。
本発明のさらなる表示装置において、全表示領域は５０％未満の拡散反射の反射率を有し、および／または５０％未満の鏡面反射の反射率を有する。
全表面領域における非照明領域の割合が支配的であるため、表示領域全体の（鏡面および／または拡散）反射率は簡単な方法で効果的に低減することがまた可能になり、そのため非常に良好なコントラスト比が得られる。好ましくは、表示領域全体の鏡面反射の反射率は２５％未満、特に好ましくは１０％未満、より特に好ましくは５％未満、さらに好ましくは１％未満である。好ましくは、表示領域全体の拡散反射の反射率は２５％未満、特に好ましくは１０％未満、より特に好ましくは５％未満、さらに好ましくは１％未満である。
本発明によるさらなる表示装置において、大半の、好ましくはすべての非照明領域は暗色を有するかまたは黒である。
その結果、特に拡散反射の低い反射率が得られる。
暗色は好ましくはＲＧＢ色空間（例：ｓＲＧＢまたはＡｄｏｂｅＲＧＢ １９９８）における色であり、暗色のＲ、ＧおよびＢ値の平均値は最大値の２５％以下であり、すなわちたとえば（Ｒ、Ｇ、Ｂ２５６段階それぞれに対する）最大値２５５において、その平均値は６３．７５よりも低い。
特に好ましくは、暗色はパントンカラーの中の１つである。: 1545, 1545 C, 161, 161 C, 168,1815, 1817, 2617 C, 262, 2627, 2627 C, 2685 C, 2695 C, 273 C, 2735 C, 2738,2738 C, 274, 274 C, 2745, 2745 C, 2747, 2747 C, 2748, 2748 C, 275, 275 C, 2755,2755 C, 2756 C, 2757, 2757 C, 2758, 2758 C, 276, 276 C, 2765, 2765 C, 2766,2766 C, 2767, 2767 C, 2768, 2768 C, 280, 280 C, 281, 281 C, 282, 282 C, 287 C,288, 288 C, 289, 289 C, 294 C, 295, 295 C, 2955, 2955 C, 296, 296 C, 2965, 2965C, 302, 302 C, 3025, 303, 303 C, 3035, 3035 C, 309, 309 C, 316, 316 C, 3165,3165 C, 3292, 3292 C, 3298 C, 330, 330 C, 3302, 3302 C, 3305, 3305 C, 3308,3308 C, 336, 336 C, 342, 342 C, 3425, 3425 C, 343, 343 C, 3435, 3435 C, 349,349 C, 350, 350 C, 356, 356 C, 357, 357 C, 368 2X, 412, 412 C, 419, 419 C, 426,426 C, 432 C, 433, 433 2X, 433 C, 439, 439 C, 440, 440 C, 447, 447 C, 448 C,4485, 4625, 4625 C, 469, 4695, 4695 C, 476 C, 483, 483 C, 490, 490 C, 497, 497C, 4975, 4975 C, 504, 504 C, 505, 5115, 5115 C, 5185, 5185 C, 5255, 5255 C,532, 532 C, 533 C, 534 C, 539, 539 C, 5395, 5395 C, 540, 540 C, 541, 541 C,546, 546 C, 5463, 5463 C, 5467, 5467 C, 547, 547 C, 548, 548 C, 553, 553 C,5535, 5535 C, 554, 554 C, 560, 560 C, 5605, 5605 C, 561 C, 567 C, 5743 C, 5747C, 5753, 5757, 5815, 626, 627, 627 C, 648, 648 C, 654, 654 C, 655, 655 C, 662,662 C, 669 C, 725, 731, 732, 732 C, 7421 C, 7449 C, 7463 C, 7476 C, 7483 C,7484 C, 7533 C, 7546 C, 7547 C, 7554 C, 7631 C, 7645 C, 7693 C, 7694 C, 7720 C,7721 C, 7722 C, 7727 C, 7728 C, 7729 C, 7732 C, 7733 C, Black, Black 2, Black 22X, Black 2 C, Black 3, Black 3 2X, Black 3 C, Black 4, Black 4 2X, Black 4 C,Black 5, Black 5 2X, Black 5 C, Black 6, Black 6 2X, Black 6 C, Black 7, Black7 2X, Black 7 C, Black C, Blue 072 C, Dark Blue C, Neutral Black C, ReflexBlue, Reflex Blue 2X, Reflex Blue C。
本発明によるさらなる表示装置において、大半の、好ましくはすべての非照明領域は０．２μｍから１．０μｍの範囲の平均粗さ指数を有する。
これによって、特に可視光の波長範囲における鏡面反射が低減される。好ましくは、平均粗さ指数は０．４μｍ から０．８μｍの範囲にある。好ましくは、この測定値を確定するため、表面を特定の測定部分にわたってスキャンし、粗面の全ての高さと深さの差異を記録する。この測定部分にわたる粗さの経路を定積分計算した後、最終的に測定部分の長さでその結果を除算する。
本発明によるさらなる表示装置において、大半の、好ましくはすべての非照明領域は反射防止膜によって被膜されている。
その結果特に鏡面反射がまた低減される。反射防止膜は好ましくは非反射性フィルム（例：３ＭTMビキュイティTM）または非反射性膜である。反射防止膜は、好ましくは（たとえば０．２μｍから１．０μｍの範囲の平均粗さ指数を有する）粗面、および／または破壊的干渉に基づく非反射性層を有する。
本発明によるさらなる表示装置において、表示装置は電子補償装置を有し、それによって周囲の明るさに応じて黒画像画素の表現を適合させるように照明領域の最小輝度を自動設定することが可能である。
その結果コントラスト比は、周囲の明るさに適合することができる。たとえ非照明領域が可能なかぎり暗く非反射性に設計されても、非照明領域の輝度は周囲の明るさに応じて明るくもなり暗くもなる。しかしながらまた、電子補償装置によって照明領域の最小輝度は非照明領域の輝度に対応して適合することができる。黒画像画素はたとえばＲＧＢ画像情報として（０,０, ０）を含むものである。電子補償装置によって、この黒ポイントは周囲の明るさに適合する。すなわち、たとえば周囲の明るさがより強い場合に増加し、周囲の明るさがより弱い場合に減少する。たとえば、日射量が多い場合には、黒画素は完全なスイッチオフ状態の照明領域によって表現されない。その代わり、照明領域は明るさにより活性化され、結果として照明領域は非照明領域とほぼ同等の輝度を有することになる。したがって表示される画像の他の輝度レベルは電子補償装置によって設定される最小輝度と照明領域の最大輝度との間の残りの領域に分配される。このように、暗い画像の割合は「低減」されない。好ましくは、電子補償装置は周囲光センサを有する。
以下の記述においては、特に光源についても示す。光源、および光源の照明領域との関係は最初に一般用語で説明する。
光源は好ましくは制御可能な光源であって、光源が放射する光は少なくともスイッチオン／オフができるが、好ましくは放射光の強度は複数の段階で、もしくは連続的に調節可能である。それはたとえば、ＬＥＤ（ＯＬＥＤ、マイクロＬＥＤ）、好ましくは５μｍ以下のビーム径を備えるレーザ（例えば垂直共振器面発光レーザ：ＶＣＳＥＬまたは面発光体）、またはプラズマセルなどの能動光源である。したがって非常に小さくエネルギー効率の良い光源が可能になる。光源はまた、発光材料層と相互作用するＵＶＬＥＤもしくは青色ＬＥＤ、または発光材料層と相互作用する電子エミッタでもよい。光源の光活性領域（すなわち活性照明領域、例：ＰＮ接合領域）、または光源から発生したレーザビームの表示領域に平行な最大長は、好ましくは照明領域の最大長と同等もしくはより短く、すなわちたとえば最大７０μｍ、好ましくは最大２５μｍ、特に好ましくは最大１０μｍもしくは５μｍ、またはさらに小さく、たとえば２μｍ、１μｍもしくは０．５μｍである。特に光源から発生するビーム、特にレーザビーム、の最大長が照明領域の最大長よりも短いときに、照明領域は散乱素子を有することが好ましい。光源は光源アレイの素子、または表示装置に照明装置として組み込まれ照明領域の背後に配置されたディスプレイ、具体的にはＯＬＥＤディスプレイ、の画素もしくは副画素であることが好ましい。たとえば１×２、２×２、４×４、５×５、１０×１０もしくは１００×１００画素または副画素の、ディスプレイの画素アレイおよび／または副画素アレイが照明領域に割り当てられる。
少なくとも１つの光源、好ましくはすべての光源は二色、好ましくは多色光源であるか、または異なる発光波長を有する異なる光源があることが好ましい。表示装置による二色、多色、またはフルカラー表現がその結果可能になる。単色とは好ましくは光源が実質的に特定の、好ましくは不変の、波長範囲または波長混合（例：赤）で放射することを意味し、二色とは好ましくは光源が２つの異なる波長範囲（例：個々に調節可能な緑と赤の割合）で調節可能に発光するように設定されていることを意味し、多色とは好ましくは光源が２つ以上の異なる波長範囲（例：個々に調節可能な緑と赤と青の割合）で調節可能に発光するように設定されていることを意味する。
正確に１つの単色光源、好ましくは１つの多色光源、が各照明領域に割り当てられることが好ましい。これにより光源は照明領域に割り当てられ、光源を個別に調整することが可能になり、したがってこの実施形態はたとえば、光を大領域にわたって発生させるが再び局所的に暗くする必要があるようなエネルギー消費の悪いＬＣＤとは異なる。この部分的な減色画像形成に代わって、部分的な加色画像形成を可能にすることが好ましい。異なる単色光源とは、たとえば、１つの波長範囲自体においてそれぞれが照射するが個々の光源の波長範囲は互いに異なる（例：赤、緑、青）光源である。同一の単色光源とは、たとえば、それぞれの場合において実質的に同じ波長範囲ですべての光源が照射することである。代替としては、複数の照明領域は１つ以上の単色光源、好ましくは１つ以上の多色光源に割り当てられている。好ましくは、画素は複数の照明領域によって形成され、複数の照明領域には異なる波長の光源が割り当てられる。たとえば、１画素は３つ以上の照明領域によって形成され、少なくとも１つの照明領域は緑色光を照明領域に放射する１つ以上の光源を割り当てられ、少なくとも１つの第二の照明領域は青色光を第二の照明領域に放射する１つ以上の光源を割り当てられ、少なくとも１つの第三の照明領域は赤色光を第三の照明領域に放射する１つ以上の光源を割り当てられる。複数の単色光源に対して照明領域それぞれへの光路が存在することが好ましい。代替としては、１つ以上の多色光源に対して照明領域それぞれへの光路が存在することが好ましい。好ましくは、非結像光学素子、たとえば散乱素子、が多色光源を有利に均質化するために存在する。
本発明によるさらなる表示装置において、表示装置は複数の光源が配置された基板を備えた照明装置を有する。
本発明の表示領域を有する表示装置はその結果、簡単な方法で製造することができる。
観察者の視点からは、照明装置は照明領域の背後に配置され照明領域を背後、すなわちその背面部から照明するように設定されるのが好ましい。背面部とは観察者とは反対側に対向する照明領域の側面のことである。
照明装置は好ましくは１つ以上の能動光源、または受動光源、たとえば偏向ミラーなどを有し、偏向ミラーは別の光源からの光を導くことができ、またたとえば周囲光、具体的には日光または太陽光、を背後から照明領域へ向けて表現することもできる。
照明領域と照明装置の間の距離（たとえば照明装置の発光表面または光反射表面から測定した距離。発光表面または光反射表面は視線方向にすでに略平行に光を放射または透過する）は好ましくは最大３ｍｍ、特に好ましくは最大１ｍｍ、より特に好ましくは最大０．５ｍｍ、またはさらに好ましくは最大０．２ｍｍである。
基板は平板、たとえば回路基板またはウエハであることが好ましい。
１つの実現可能な光源の例として、たとえばビーム径５μｍのレーザであって、基板（例：Ｓｉウエハなど）上にたとえば、一辺の長さがたとえば５０μｍの正方形状のアレイとして配置されるレーザが提供される。好ましくは、散乱素子はそのような正方形にわたって配置され、また同時に照明領域を形成する。個々の正方形状のレーザは好ましくは互いに異なる放射波長を有する。そのような多くの光源が表示装置の画素または副画素を形成する。
本発明によるさらなる表示装置において、それぞれの照明領域は光源のうちの１つ、または光源のうちの１つによって照明されることができる光学散乱素子、透明カバー素子、もしくは光学カラーフィルタ素子によって形成され、表示領域の非照明領域は基板の領域および／または照明領域間の充填材料の領域によって形成される。
この好ましい照明領域の設計および光源への割り当てによって、特に効率的な画像表現が可能になる。具体的には、基板材料または充填材料による非照明領域の設計のおかげで非照明領域の反射性を非常にうまく調整することが可能である。充填材料は好ましくは注入可能な材料であるか、３Ｄ印刷法を用いて光源間に組み立てられるか、（照明領域の周りの）形状に適合可能な材料、または照明領域が光を通すことができる（透明なおよび／または細かい網目のおよび／または有孔の）材料である。
光学散乱素子は好ましくは一方向から２つ以上の異なる方向、好ましくは複数の異なる方向に、透過的におよび／または反射的に、散乱素子を照らす光を導く体部である。たとえば、光学散乱素子は好ましくは散乱粒子（例：銀粒子またはナノ粒子）が埋め込まれた、ガラス製またはプラスチック製の半透明および／またはつや消し体（透光性ガラス体）、マイクロプリズム、接着用つや消しフィルム、小さなすりガラス、または、たとえばグリッドなどの回析光学システムである。散乱素子は好ましくは（ほぼ）ランバートラジエータとして機能するよう設定され、たとえばその結果大きな立体角内、たとえば１８０°、で均一な照射が生じる。好ましくは、レイリー効果および／またはプラズモニック効果に従って散乱するように設定される。たとえばこれは散乱素子が可視光および／または通過する光（例：1μｍ以下）の波長よりも短い開口を有することを意味する。たとえばこの場合照明領域は非透明マスク（例：下記のカバー層）もしくはフレームによって枠づけられ、照明領域の長さはたとえば可視光および／または通過する光の波長よりも短く、その結果散乱素子は枠づけと組み合わせて照明領域の大きさでのみ製造されることが好ましい。
本発明によるさらなる表示装置において、各光源は電子ビームを放射することで発光材料層が能動的に光るように設定された電子エミッタを有するか、または各光源はＵＶ光線を放射することで発光材料層が能動的に光るように設定されたＵＶエミッタを有する。
このようにして、非常に効率的ですぐれた分光調整が可能な光源が製造される。特に、本発明の非照明領域および照明領域の領域比のため、ＵＶエミッタ同士および特に電子エミッタ同士はより良く互いに離れていることが可能になり、電子エミッタの場合においてはそれぞれが各自の真空セルを必要とするため特に有利である。ＵＶエミッタとはまた好ましくは青から紫の範囲（ＵＶ域またはＵＶ域外）において放射するエミッタを意味する。電子エミッタにおいては真空が必要であり、本発明の照明領域間の間隔はスペーサを組み込むために用いることができるが、これは従来技術においては非常に困難である。なぜならその照明領域は非常に大きいか可能な限り大きいため、スペーサが干渉（例：シャドーイング）の原因となるためである。
本発明によるさらなる表示装置において、表示装置は１つの光源または複数の光源を備えた照明装置を有し、光源の活性照明領域、または照明装置が複数の光源を有するときは光源の活性照明領域のそれぞれは、表示領域の照明領域の表面領域よりも大きな表面領域を有する。
その結果、照明領域の大きさよりも広い領域において光を生じさせることができ、好ましくはより小さな照明領域に光を付加的に集中させることで、照明領域内でより高い照射密度を得ることができる。好ましくは、照明装置の表面または発光する照明装置の表面の合計は照明領域の全表面領域の合計よりも大きい。好ましくは、照明領域に割り当てられるすべての光源の長さの合計は照明領域の長さよりも長い。好ましくは、光源は多色であって光源またはその活性照明領域の長さは照明領域の重心間の間隔の５０％よりも長く、好ましくは７５％よりも長い。好ましくは、光源は単色であって光源またはその活性照明領域の長さは照明領域の重心間の間隔の１／３の５０％よりも長く、好ましくは７５％よりも長い。光源の活性照明領域とは活性的に光る表面（例：ＰＮ接合の表面）である。
本発明によるさらなる表示装置において、照明領域のそれぞれは照明装置によって照明されることができる光学散乱素子、透明カバー素子、または光学カラーフィルタ素子によって形成され、表示領域の非照明領域は充填材料または照明領域間に配置される基板の領域によって形成される。
この好ましい照明領域の設計および照明装置への割り当てによって、特に効率的な画像表現が可能になる。特に、基板材料または充填材料による非照明領域の設計のおかげで非照明領域の反射性を非常にうまく調整することが可能である。散乱素子は好ましくはより詳細に上述した散乱素子である。
本発明によるさらなる表示装置において、表示装置は照明装置と表示領域との間に配置される光学ビーム整形装置を有し、好ましくは少なくとも１つの、または正確に１つの照明領域が各ビーム整形装置にそれぞれ割り当てられ、各ビーム整形装置は照明装置からそれぞれの照明領域に向けて光を集中させるように設定される。
その結果、ビーム整形によって光は照明領域に向かって集中することが可能になり、得られる最大輝度は増大する。光学ビーム整形素子は好ましくは照明装置から照明領域に向かって光を集中させるおよび／または焦点を合わせるように設定される。好ましくは、１つ以上のビーム整形装置は、出力部に特に好ましくは封止拡散層を備えた、チップ、または管状もしくは円筒状の末端部（いわゆる「ライトガイド」）、たとえばファイバーグラス片、を有する。
ビーム整形素子から照明領域を通って光が伝わる場合は、１つのビーム整形素子は好ましくは１つの照明領域に割り当てられる。光学軸に沿ったビーム整形素子の長さは好ましくは３ｍｍ未満、特に好ましくは１ｍｍ未満、より特に好ましくは０．５ｍｍ未満、さらに好ましくは０．２５ｍｍ未満である。ビーム整形素子は好ましくは鋳造またはレーザリソグラフィーを用いて製造される。好ましくは、ビーム整形素子はビーム整形素子アレイを形成する。好ましくは、照明装置の少なくとも１つの光源が各光学ビーム整形素子に割り当てられる。
（たとえばレンズまたはライトガイド、たとえばグラスファイバ、を用いた)ビーム整形装置の集光によって光源と照明領域との間の橋渡しを非常に効率的に行うことが可能である。好ましくは、ビーム整形装置は表示領域または基板に沿った方向に、光源の長さよりも大きい長さを有し、特に好ましくはその長さは隣接する照明領域の重心間の間隔と同じである。
本発明によるさらなる表示装置において、光学ビーム整形装置はそれぞれ光学コリメータを有する。
光源からの光はその結果集められ一方向に導かれることが可能になる。たとえば、コリメータフィルム（マイクロプリズムフィルム、マイクロピラミッドフィルム、マイクロスフェアフィルム）および／または好ましくは焦点に光源を有する（放物線状／楕円形状の）リフレクター、および／または（マイクロ）レンズ（フレネル型もしくは従来型）をコリメータとして、または一般的に平行化反射性もしくは透過性光学システムとして備える。コリメータは好ましくは光学軸へのビーム偏向を通じて照明装置の光源の照射角を低減するように設定される。
本発明によるさらなる表示装置において、光学ビーム整形装置のそれぞれは光学集光器を有する。
ビーム整形装置のこの部分によって、照明領域に効果的に光が集められる。たとえば、（通例非結像）複合放物面集光器(Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ：ＣＰＣ)、および／またはフォトニック結晶、または一般的にたとえばまた（結像もしくは非結像）コンデンサまたはフレネルレンズのような集束もしくは集中反射性もしくは透過性光学システムを集光器として備える。好ましくは、集光器は非結像光学システムであって、それにより高い集中効率および強度の均質化が達成される。照明装置に対向する光学集光器の入力部は好ましくは、照明領域に対向する光学集光器の出力部（例：直径または対角線長８μｍ）よりも広い領域（例：直径または対角線長８０μｍ）を有する。これは好ましくは各光学集光器に適用される。好ましくは、入力部は集光器に割り当てられた光源の発光表面と同じ大きさおよび形になるように形成された表面を有する。より大きな入力領域からの光はその結果小さな照明領域に向けて集められる。好ましくは、集光器は入力部と出力部を有する。好ましくは、入力部は出力部よりも大きな領域を有する。好ましくは、出力部は照明領域および表示領域に対向し入力部は照明装置に対向する。集光器は好ましくは最大３０°、好ましくはコリメータの光学出力角よりも小さい最大１０°の光学入力角を有する。特に好ましくは、集光器の光学入力角はコリメータの出力角に等しいかより大きい。
本発明によるさらなる表示装置において、照明装置からの光の伝達方向に関して、光学コリメータは集光器の前に配置され、その結果光はまず実質的に平行化されその後集められる。
特に効果的なビーム整形がその結果可能になる。特に好ましくは、光学コリメータおよび光学集光器は１つの素子に結合される。その結果、光散乱損失を最小化することができる。
本発明によるさらなる表示装置において、光学ビーム整形装置は少なくとも１つの曲面状または段状の反射表面を有する。
光は照明領域に向かって曲面状または段状の反射表面によって、特に全反射現象を利用することで非常に効果的に導かれることが可能である。好ましくは、これらは（たとえばＣＰＣの）放物線状もしくは楕円形状の曲面またはファセットミラーである。
さらに、特に表示装置上の画像表現のための方法によって本発明の目的は達成され、その方法では本発明の表示装置が用いられる。
以下、図面を参照した例を用いて本発明についてさらに説明する。
本発明の表示装置の拡大断面図であって、表示領域上の非照明領域の割合は７０％よりも大きい。 観察者の分解能よりも小さく最大２分角の角度にある観察者に対して示される間隔の純粋に定性的な図である。 図1に基づく本発明の表示装置の断面図であって、表示装置はカラー表示装置である。 図1に基づく本発明の表示装置の断面図であって、表示装置はカラー表示装置である。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 本発明の原理に従った表示領域の二次元構造が、全表示領域の７０％より多い割合の非照明領域を備えるために、どのように異なる方法で得られるかを示す。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、表示装置は基板を備えた照明装置を有し、基板上には複数の光源が配置され、光源は好ましくは小さな光源（例：ＶＣＳＥＬ）、すなわち好ましくは活性照明領域の表面領域が対応する照明領域の表面領域以下である光源である。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、表示装置は基板を備えた照明装置を有し、基板上には複数の光源が配置され、光源は好ましくは小さな光源（例：ＶＣＳＥＬ）、すなわち好ましくは活性照明領域の表面領域が対応する照明領域の表面領域以下である光源である。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、表示装置は基板を備えた照明装置を有し、基板上には複数の光源が配置され、光源は好ましくは小さな光源（例：ＶＣＳＥＬ）、すなわち好ましくは活性照明領域の表面領域が対応する照明領域の表面領域以下である光源である。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、表示装置は基板を備えた照明装置を有し、基板上には複数の光源が配置され、光源は好ましくは小さな光源（例：ＶＣＳＥＬ）、すなわち好ましくは活性照明領域の表面領域が対応する照明領域の表面領域以下である光源である。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、表示装置は基板を備えた照明装置を有し、基板上には複数の光源が配置され、光源は好ましくは小さな光源（例：ＶＣＳＥＬ）、すなわち好ましくは活性照明領域の表面領域が対応する照明領域の表面領域以下である光源である。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、これらは図４ａから図４ｅと比べてより大きな光源と特に各図において照明装置と表示領域との間に配置された光学ビーム整形装置とを有し、各ビーム整形装置に１つの照明領域が割り当てられ、ビーム整形装置のそれぞれは照明装置から個々の照明領域に向かって光を集めるように設定されている。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、これらは図４ａから図４ｅと比べてより大きな光源と特に各図において照明装置と表示領域との間に配置された光学ビーム整形装置とを有し、各ビーム整形装置に１つの照明領域が割り当てられ、ビーム整形装置のそれぞれは照明装置から個々の照明領域に向かって光を集めるように設定されている。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、これらは図４ａから図４ｅと比べてより大きな光源と特に各図において照明装置と表示領域との間に配置された光学ビーム整形装置とを有し、各ビーム整形装置に１つの照明領域が割り当てられ、ビーム整形装置のそれぞれは照明装置から個々の照明領域に向かって光を集めるように設定されている。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、これらは図４ａから図４ｅと比べてより大きな光源と特に各図において照明装置と表示領域との間に配置された光学ビーム整形装置とを有し、各ビーム整形装置に１つの照明領域が割り当てられ、ビーム整形装置のそれぞれは照明装置から個々の照明領域に向かって光を集めるように設定されている。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、これらは図４ａから図４ｅと比べてより大きな光源と特に各図において照明装置と表示領域との間に配置された光学ビーム整形装置とを有し、各ビーム整形装置に１つの照明領域が割り当てられ、ビーム整形装置のそれぞれは照明装置から個々の照明領域に向かって光を集めるように設定されている。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、これらは図４ａから図４ｅと比べてより大きな光源と特に各図において照明装置と表示領域との間に配置された光学ビーム整形装置とを有し、各ビーム整形装置に１つの照明領域が割り当てられ、ビーム整形装置のそれぞれは照明装置から個々の照明領域に向かって光を集めるように設定されている。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、これらは図４ａから図４ｅと比べてより大きな光源と特に各図において照明装置と表示領域との間に配置された光学ビーム整形装置とを有し、各ビーム整形装置に１つの照明領域が割り当てられ、ビーム整形装置のそれぞれは照明装置から個々の照明領域に向かって光を集めるように設定されている。 図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置の断面図を示し、これらは図４ａから図４ｅと比べてより大きな光源と特に各図において照明装置と表示領域との間に配置された光学ビーム整形装置とを有し、各ビーム整形装置に１つの照明領域が割り当てられ、ビーム整形装置のそれぞれは照明装置から個々の照明領域に向かって光を集めるように設定されている。
図１は本発明の表示装置1の拡大断面図を示し、表示領域２全体における非照明領域９の割合は７０％よりも大きい。表示装置１は非照明領域９および照明領域１２からなる表示領域２（境界＝最も長い点線による破線）を有する。隣接する照明領域１２の重心は観察者の分解能よりも小さい互いの間隔１１を有する。本例はまた、１つ以上の照明領域１２が画素１０に割り当てられており（画素境界＝中間長の点線による破線）表示領域２は複数のそのような繰り返しパターン状に配置された画素１０を有することを示し、結果として画像は画素１０によって構成されることができる。
非常に有利な点は、照明領域１２は非照明領域９によって形成される大きな分離部によって互いに離れているため、一方においては、１つの照明領域１２から他の照明領域への散乱光は発生せず（または非常に低減され）、また他方においては、非照明領域９が優勢を占めるために表示装置１によって表現される画像の暗領域をより暗く示すことができることである。
図２は観察者５０の分解能よりも小さく、最大２分角の角度５１にある観察者に示される間隔１１の純粋に定性的な図を示す。そのような間隔１１によって、ほとんどの観察者５０は２つの異なる画素１０を知覚することはできないため、特に高品質で連続した画像印象を受ける。
スペース上の理由のために、続く図はまた表示装置１内の様々な実施形態の可能性を示すが、限定とみなされるべきものではない。これらは、対応する表示装置が好ましくは示された可能な実施形態（全ての照明領域／画素に適用される）のうちのただ１つの形状または異なる可能な実施形態の混合（たとえば後に示される）を有することを意味する。
図３ａおよび図３ｂは図１に基づく本発明の表示装置２の断面図を示し、表示装置１はカラー表示装置である。各図において、表示領域２の上面図の上に側面図が示されている。ただし、色同士を区別しよりよい図示を提供するためにここでは網掛けを用いている。
２つの画素１０が図３ａに示されている。それぞれにおいて照明領域１２が画素１０に割り当てられ、複数の色が照明領域１２を通して観察者に向けて発せられる。左側には、好ましくはストリップ状に配置された赤色（左上から右下への狭い網掛け）、緑色 （左下から右上への狭い網掛け）、青色（垂直の狭い網掛け）からなる画素１０の成分、右側には、好ましくは約正方形に配置された赤色、緑色、青色および白色（網掛けなし）からなる画素１０の成分、という画素１０の成分の２つの可能性が示されている。左上から右下へ広く網掛けされた成分、ここでは非照明領域９は、好ましくは遮光性である。
図３ｂにおいて３つの照明領域１２が割り当てられた画素１０が示されていて、赤は第１の照明領域１２を通して観察者に放射され、緑は第２の照明領域１２を通して観察者に放射され、青は第３の照明領域１２を通して観察者に放射されることができる。隣接する照明領域１２の重心間の間隔１１．１は観察者５０の分解能よりも小さい間隔１１の１／３である。
図４ａから図７ｂは本発明の原理に従った表示領域２の二次元構造が、表示領域２全体の７０％より多い割合の非照明領域９を備えるために、異なる方法でどのように得られるかを示す。光学軸は各図において一点鎖線で描かれており、部分的に、対応する光源２１の好ましい光パターンや色が光学軸の下端に示されている。そして好ましくは光学軸の上端に照明領域１２上に結果として生じる光パターンや色が示されている。
図４ａから図４ｅは図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置１の断面の部分図を示す。表示装置１は複数の光源２１が配置された基板８を備えた照明装置２０を有し、好ましくは、光源２１は小さな光源２１（例：ＶＣＳＥＬ）、すなわち好ましくは活性照明領域２２の表面領域が対応する照明領域１２の表面領域以下である光源２１である。図４ａおよび４ｄは多色の、すなわち異なる波長、たとえば赤、緑、青の割合、を有する光の、異なる可変な割合を放射するように設定された光源２１を示している。図４ｂ、図４ｃ、および図４ｅは単色の、すなわち非可変波長範囲または異なる波長の固定された混合を放射する光源２１を示している。
図４ａにおいて、照明領域１２はそれぞれに光源２１の１つによって形成されている。表示領域２の非照明領域９は光源２１間の充填材料の領域によって形成され、図４ｂにおいてもこれと同様に備えられてもよい。図４ｂにおいて、照明領域１２はそれぞれに光源２１の１つによって形成されている。表示領域２の非照明領域９は基板８の領域によって形成され、図４ａにおいてもこれと同様に備えられてもよい。したがって図４ａおよび図４ｂにおいて同様に、それぞれの光源２１の活性照明領域２２は表示領域２の照明領域１２である。こうして少ない構成要素によって表示装置を製造することが可能になるが、有利には、これには定性的に非常に高品質で明るく正確な寸法の光源が使用されることが意図される。
図４ｃにおいて、照明領域１２はそれぞれに光源２１の１つによって照明されることが可能な透明カバー素子によって形成される。表示領域２の非照明領域９は光源２１間の充填材料の領域によって形成されている。各光源２１は発光材料層と電子ビームを放射することによって発光材料層が能動的に光るように設定された電子エミッタとを有する。発光材料層はまた、一方向から到達する照射エネルギーを複数の方向に分配することから、散乱素子とみなされてもよい。電子エミッタと発光材料層との間にはそれぞれの場合において真空セル内に真空が存在する。
この有利な点は、照明領域間の大きな中間領域という進歩的な原則のために、真空セルを非常に好適にシーリングすることがまた可能になることである。
図４ｄにおいて、照明領域１２はそれぞれに、光源２１の１つによって照明されることのできる光学散乱素子１３（左下から右上への広い網掛け―このタイプの網掛けは好ましくはこのように網掛けされた構成要素、たとえばまた後出のレンズは、好ましくは実質的にカラーフィルタを備えず、透明であることを意味する）によって形成されている。表示領域２の非照明領域９は、散乱素子１２の高さにおいて光源２１間の充填材料の表面によって形成されている。左にビーム整形装置３０としていわゆるライトガイド（例：グラスファイバー）であって集光器３１としても働くライトガイドを備えた実施形態、右に集光器３１としてレンズを備えた実施形態の２つの可能な実施形態が示されている。照明領域１２上に結果として生じる光パターンが、左には照明領域２２の光パターンとほぼ同じ大きさで、右にはいくらか小さく上部に示されている。加えて、結果として生じる光パターンは、好ましくは色が完全に混合した状態でより拡散しており、それは散乱素子１３のために起こるが図面では有利に表現することはできない。これにより、散乱照射が得られるが同時に散乱素子１３へ向かう光束も得られる。
図４ｅにおいて、照明領域１２はそれぞれ、光源２１の１つによって照明されることができる光学カラーフィルタ素子１４によって形成されている。表示領域２の非照明領域９はカラーフィルタ素子１４の高さにおいて光源２１間の充填材料の表面によって形成されている。各光源２１は、ＵＶ光線を放射することによって発光材料層、ここではたとえば散乱素子１３としても機能する発光材料層、が能動的に光るように設定されたＵＶエミッタを有する。こうして異なる色、ここではＲＧＢ、はカラーフィルタ素子１４を通してたとえば量子ドットによって受け取られる。さらに、左と右に図４ｄと同様にビーム整形素子３０を備えた実施形態、そして中央にビーム整形素子３０なしの変型という３つの可能な実施形態を示す。
好ましくは、図４ｄおよび４ｅにおいて、たとえば図６ａと同様にコリメータ３４はビーム整形装置３０の一部である。
図５ａから図６ｄは図３ａまたは図３ｂに基づく本発明の表示装置１の断面を示している。図４ａから図４ｅと比較して、これらはより大きな光源２１と、特に各図において照明装置２０と表示領域２との間に配置された光学ビーム整形装置３０とを有しており、照明領域１２は各ビーム整形装置３０に割り当てられていて、ビーム整形装置３０は各図において照明装置２０からそれぞれの照明領域１２に向かって光を集めるように設定されている。光源２１の活性照明領域２２のそれぞれは、表示領域２の照明領域１２の個々の表面領域よりも大きな表面領域を有する。表示装置１はそれぞれに、照明装置２０と表示領域２との間に配置された光学ビーム整形装置３０を有し、照明領域１２は各ビーム整形装置３０に割り当てられていて、ビーム整形装置３０は各図において照明装置２０から個々の照明領域１２に向かって光を集めるように設定されている。光学ビーム整形装置３０のそれぞれは、光学コリメータ３４（例：半球状のコリメータレンズ）と曲面状の反射表面を備えた光学集光器３１とを有し、各光学コリメータ３４は照明装置２０からの光の伝達方向に関して集光器３１の前に配置され、その結果光はまず実質的に平行化されその後集められる。集光器３１として、一方では複合放物面集光器(ＣＰＣ)（２つの向かい合う曲面状、好ましくは放物線状の曲面状反射表面によって表現される。また図５ｃにおける斜視図でも示される）を備え、代替としては集光レンズ３１（たとえば図６ａの右）を備える。コリメータ３４としては、一方ではプリズムコリメータ３４（ピラミッド構造で示される）、または代替としてはリフレクター３４（図６ａから図６ｄにあるような）が存在する。
図５ａ、図５ｂおよび図５ｄにおいて、表示装置１はほぼランバートラジエータである光源２１を有する。図５ａにおいて、各照明領域１２は照明装置２０によって照明されることができる光学散乱素子１３によって形成されている。表示領域２の非照明領域９は散乱素子１３間に配置された充填材料の表面によって形成されていて、充填材料はここでは領域として示されているが、隣接するビーム整形素子３０間の中間空間を完全に充填することもまた可能である。光源は多色であって光源またはその活性照明領域は照明領域１２の重心間の間隔１１の５０％よりも大きい長さを有する。ＣＰＣ３１は入力部３２と出力部３３とを有し（図５ｃも参照のこと）、入力部３２は出力部３３よりも大きな表面領域を有し、出力部３３は照明領域１２および表示領域２に対向し、入力部３２は照明装置２０に対向する。ＣＰＣはプリズムコリメータ３４の光学出力角３６よりも小さい最大３０°から１０°、好ましくは２０°、の光学入力角３７を有する。したがって光学損失３５を可能な限り最小化することができる。コリメータ３４と集光器３１との組み合わせによって照明領域１２に対する効果的な光の集中が生じる。加えて、非結像光学システムとしてのＣＰＣによって非常に均質的な色の混合が達成され、それは白色出力光パターンによって示される。散乱素子１３により広い視野角が可能になる。光のビーム経路は破線矢印で示される。図５ｂにおいて、図５ａの表示装置の変型が示されており、光源２１の長さは間隔１１の５０％よりも小さいが、照明領域１２の長さよりも大きい。図５ｄにおいては、図５ａとは異なり、光源は単色であって照明領域１２はそれぞれに光学カラーフィルタ素子によって形成されており、光学カラーフィルタ素子は同時に散乱素子１３であり、照明装置２０によって照明されることができる。さらに、間隔１１の１／３である間隔１１．１が照明領域１２の間に結果として生じる。
図６ａ、図６ｂ、図６ｃおよび図６ｄにおいて、表示装置１は面積において（たとえば光源の活性照明領域に関して）照明領域１２と同じ大きさかより大きい光源２１を有する。他の点では図６ａは図５ａに類似しているが、図５ａとは異なり図６ａには放物線状リフレクターとして光源２１を取り囲むコリメータ３４が示される。照明装置２０からの光の伝達方向に関して、光学コリメータ３４はここでも集光器３１の前に配置されその結果光はまず実質的に平行化されその後集められる。変型として、集光器３１としてＣＰＣに代わる集光レンズ、ここでは非結像集光レンズ、とともにＲＧＢＷ光源が右に示される。集光レンズは同じく照明領域１２を透過する光の均質化を良好に行う。図６ｂは図６ａに類似しており、光源２１は単色であって照明領域１２のそれぞれは光学カラーフィルタ素子によって形成されていて、光学カラーフィルタ素子は同時に散乱素子１３であって、照明装置２０によって照明されることができる。さらに、間隔１１の１／３である間隔１１．１が照明領域１２の間に結果として生じる。図６ｃは図６ａに似ており、光源２１は単色であって、ここでは白であり、カラーフィルタ素子１４は光源２１上に直接配置されている。さらに、右には結像集光レンズ３１を備えた可能な実施形態が示される。図６ｄは図６ａに類似しており、光源２１は単色であって、ここではたとえば実質的に青色および／またはＵＶ放射光源である。照明領域１２のそれぞれは照明装置２０によって照明されることができる光学カラーフィルタ素子１４によって形成されている。各光源２１は、青色および／またはＵＶ光線を放射することで、ここでは散乱素子１３として作用する発光材料層が能動的に光るように設定された青色および／またはＵＶエミッタを有する。異なる色、ここではＲＧＢ、がこうしてカラーフィルタ素子１４を通して受け取られる。さらに、間隔１１の１／３である間隔１１．１が照明領域１２の間に結果として生じる。カラーフィルタ素子１４（例：量子ドット）が光源２１上に直接配置される。
全ての示された実施形態において、好ましくは非照明領域９、好ましくは全表示領域２、は５０％未満の拡散反射および／または鏡面反射の反射率を有する。この目的により、好ましくは非照明領域９は暗色を有するか黒であり、および／または０．２μｍから １．０μｍの範囲の平均粗さ指数を有し、および／または反射防止膜によって被膜されている。電子補償装置が加えて存在することが好ましく、それによって周囲の明るさに応じて黒画像画素の表現を適合させるように照明領域１２の最小輝度を自動設定することが可能になる。
本発明によって、表示装置の品質における革新的な改良が達成される。照明領域間にある非照明領域を可能な限り大きくする、たとえば全表示領域における非照明領域の割合が少なくとも７０％である、という設計の原則によって画像品質は向上する。コントラストはその結果改良され多くのエネルギーの節約が可能になり、これは特に携帯式装置にとっては非常に重要である。低反射率（鏡面または拡散）の非照明領域を加えて備えることで黒画像成分はまた、黒を保持することになる。明るい画像部をより明るくすることができるように、また照明領域の表面割合の減少による輝度の損失を補償するために、特別に強い光源（例：レーザ、マイクロＬＥＤ、またはマイクロＯＬＥＤＳ）が用いられるか、観察者の視点からみて表示装置の背後にある特別なビーム整形装置によって照明領域に向けた光の集中、その後の輝度の上昇が達成される。その結果、輝度の平均値は通常の表示装置のものと類似しながらも、かつ周囲光によるより良いコントラストおよびより低いエネルギー消費が得られる。
１ 表示装置
２ 表示装置の表示領域
８ 基板
９ 非照明領域
１０ 画素
１１ 間隔
１１．１ 間隔１１の１／３
１２ 照明領域
１３ 散乱素子
１４ カラーフィルタ素子
２０ 照明装置
２１ 光源
２２ 光源の活性照明領域
３０ 光学ビーム整形装置
３１ 光学集光器
３２ 光学集光器の入力部
３３ 光学集光器の出力部
３４ 光学コリメータ
３５ 光学損失
３６ 光学コリメータの出力角
３７ 光学集光器の入力角
５０ 観察者
５１ 入射角

Claims (15)

  1. 非照明領域（９）および照明領域（１２）からなる表示領域（２）を有する表示装置（１）であって、隣接する照明領域（１２）の重心は互いに観察者（５０）の分解能よりも短い間隔（１１、１１．１）を隔てて位置し、表示領域（２）全体における非照明領域（９）の割合が７０％よりも大きい表示装置（１）。
  2. １つ以上の照明領域（１２）は画素（１０）に割り当てられ、前記表示領域（２）は繰り返しパターン状に配置された複数のそのような画素（１０）を有し、その結果画像は前記画素（１０）から構成されることができる請求項１に記載の表示装置（１）。
  3. 前記非照明領域（９）の大半は５０％未満の拡散反射の反射率を有する請求項１または２に記載の表示装置（１）。
  4. 前記非照明領域（９）の大半は５０％未満の鏡面反射の反射率を有する請求項１から３のいずれかに記載の表示装置（１）。
  5. 前記非照明領域（９）の大半は暗色を有するか黒であり、および／または前記非照明領域（９）の大半は０．２μｍから１．０μｍの範囲の平均粗さ指数を有し、および／または前記非照明領域（９）の大半は反射防止膜によって被膜されている請求項１から４のいずれかに記載の表示装置（１）。
  6. 前記表示装置（１）は電子補償装置を有し、それによって周囲の明るさに応じて黒画像画素の表現を適合させるように前記照明領域（１２）の最小輝度を自動設定することができる請求項１から５のいずれかに記載の表示装置（１）。
  7. 前記表示装置（１）は複数の光源 （２１）が配置された基板（８）を備えた照明装置（２０）を有する請求項１から６のいずれかに記載の表示装置（１）。
  8. 前記照明領域（１２）のそれぞれは前記光源（２１）の１つ、または前記光源（２１）の１つによって照明されることができる光学散乱素子（１３）、透明カバー素子、もしくは光学カラーフィルタ素子（１４）によって形成され、前記表示領域（２）の前記非照明領域（９）は前記基板（８）の領域および／または前記照明領域（１２）間の充填材料の領域によって形成される請求項７に記載の表示装置（１）。
  9. 各光源（２１）は電子ビームを放射することにより発光材料層が能動的に光るように設定された電子エミッタ、または各光源はＵＶ光線を放射することにより前記発光材料層が能動的に光るように設定されたＵＶエミッタを有する請求項８に記載の表示装置（１）。
  10. 前記表示装置（１）は光源（２１）または複数の光源 （２１）を備えた照明装置（２０）を有し、前記光源（２１）の活性照明領域（２２）、または前記照明装置（２０）が複数の光源を有する場合は前記光源（２１）の前記活性照明領域（２２）のそれぞれが、前記表示領域（２）の前記照明領域（１２）の表面領域よりも大きな表面領域を有する請求項１から６のいずれかに記載の表示装置（１）。
  11. 前記照明領域（１２）のそれぞれは前記照明装置（２０）によって照明されることができる光学散乱素子（１３）、透明カバー素子、または光学カラーフィルタ素子（１４）によって形成され、前記表示領域（２）の前記非照明領域（９）は充填材料または照明領域（１２）の間に配置された基板（８）の領域によって形成される請求項１０に記載の表示装置（１）。
  12. 前記表示装置（１）は前記照明装置（２０）と前記表示領域（２）との間に配置された光学ビーム整形装置（３０）を有し、照明領域（１２）は各ビーム整形装置（３０）に割り当てられ、前記ビーム整形装置（３０）のそれぞれは前記照明装置（２０）から個々の前記照明領域（１２）に対し光を集中させるように設定されている請求項７から１１のいずれかに記載の表示装置（１）。
  13. 前記光学ビーム整形装置（３０）のそれぞれは光学コリメータ（３４）を有する請求項１２に記載の表示装置（１）。
  14. 前記光学ビーム整形装置（３０）のそれぞれは光学集光器（３１）を有する請求項１２または１３に記載の表示装置（１）。
  15. 前記光学ビーム整形装置（３０）は少なくとも１つの曲面状または段状の反射表面を有する請求項１２または１３に記載の表示装置（１）。
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