CN110741313B - 具有自由看视模式和受限看视模式的显示屏及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种显示屏(1)，所述显示屏在其显示面的至少一个部分面A上能够以对应自由看视模式的运行方式B1和对应受限看视模式的运行方式B2两种运行方式运行，其中，显示屏(1)的剩余的显示面在部分面A之外持续地具有自由看视模式，所述显示屏包括：平面延伸的第一背光照明件(2a)，第一背光照明件在非限制角度范围内辐射光，并且大部分布置在所述部分面A之外的剩余显示面下方，至少一个平面延伸的第二的背光照明件(2b)，其在受限的角度范围内辐射光，并且大部分布置在所述部分面A的下方，沿看视方向看布置在背光照明件(2a、2b)的前面的透射成像器(5)，布置在成像器(5)和两个背光照明件(2a、2b)之间的板状透明光导(3)，该光导的设计方式是，所述光导将在其窄边中的至少一个上耦合输入的光至少一个大面耦合输出，沿侧向在光导(3)的至少一个窄边上布置的照明机构(4)，光导(3)对背光照明件(2a、2b)发出的光的至少70％是透明的，其中，在运行方式B1中至少接通照明机构(4)，并且在运行方式B2中接通背光照明件(2a、2b)并且断开照明机构(4)。

Description

具有自由看视模式和受限看视模式的显示屏及其用途
技术领域
近年来，在扩宽LCD中的可观察角度方面已经取得了长足的进步。然而，经常存在如下情况，其中，显示屏的这种非常大的观察角度范围可能是不利的，诸如银行数据或其他私人信息以及敏感数据之类的信息越来越多地可以在诸如笔记本电脑和平板电脑之类的移动设备上提供。因此，人们需要对允许谁看到这些敏感数据进行监控；他们必须能够在较宽的观察角度之间进行选择，以便与他人在其显示器上共享信息，例如，在看视度假照片或为了广告目的时。另一方面，当人们想要隐私地处理信息时，则需要很小的观察角度。
在汽车结构中会遇到类似的问题：在这里，当电动机接通时，驾驶员不能被诸如数字娱乐节目之类的图像内容分散注意力，而前排座位的乘客则希望在乘车时看视图像内容。由此，需要一个可以在相应显示模式之间切换的显示屏。
背景技术
基于微型栅条的辅助膜已经在移动显示屏上使用，以提供所谓的隐私模式下的光学数据保护。但是，这种膜不能(转换)切换，而这种膜必须手动放置和移除。同样，不使用膜时，它们必须与显示屏分开运输。另外，使用此类栅条膜的另一个重大缺点是会导致光损失
US 6,765,550B2描述了由微型栅条提供的这种看视保护。在此，最大的缺点是以机械的方式移除或以机械的方式加装滤镜，以及在保护模式下发生光损耗。
在US 5,993,940A中描述了膜的使用，该膜具有在其表面均匀布置的、很小的棱镜条，以实现隐私模式。该膜的开发和制造非常复杂。
在WO 2012/033583A1中，通过操控在所谓的“发色”层之间的液晶来实现自由看视和受限看视之间的切换。这产生光损失，并且耗费也相当高。
文献US 2009/0067156A1公开了配置照明系统和显示屏设备的大量构思。在那里在图3A和3B中所示的变型特别是使用了两个由楔形光导和LCD面板组成的背光照明件、即所谓的背光照明件件，其中，后背光照明件40应当强制产生宽的照明角度，而前背光照明件38则应当强制产生很窄的照明角度。但是，尚不清楚背光照明件38以什么方式产生窄的照明角而不会将源自背光照明件40的具有宽照明角的光在通过背光照明件38时，基本上转换为具有窄照明角的光。
关于US 2009/0067156A1的图5中所示的配置，应注意，两个光导46和48分别产生“窄光”，即，具有窄照明角的光。将光导48中的光通过需要复杂地利用棱镜结构产生的分反射镜50转换成“宽光”，即具有宽照明角的光。这种转换极大地降低了光强度，因为起初以狭窄的照明角度射出的光(其作为唯一的光提供)然后被发散成宽的照明角度，通常发散到半空间。这使得：根据参数，亮度将降低5倍或更多(就光密度而言)。因此，该构造几乎没有实际意义。
在根据US 2009/0067156A1的图7的实施例中，必须将UV光转换成可见光的磷层。这相当费力；为了达到从背光照明件获得足够的光来照亮LCD以便能够读取LCD的目的，人们需要非常高强度的UV。因此，该配置昂贵且复杂并且仅屏蔽紫外线辐射是不可行的。
US 2012/0235891A1描述了显示屏中的非常复杂的背光照明件。根据图1和15，该设计不仅采用了多个光导，而且还采用了其他复杂的光学元件，例如微透镜元件40和棱镜结构50，它们将来自后照明的光在光路上转换为前照明。这是昂贵且实施起来很复杂的，并且涉及光损失。根据US 2012/0235891A1中图17所示的变型，照明机构4R和18都产生具有窄照明角的光，首先将由后照明机构18辐射的光费力地转换成具有大照明角的光。如上所述，这种复杂的转换极大地降低了亮度。
根据JP 2007-155783A，难于计算和制造的特殊光学表面19用于根据光入射角将光偏转到变化的窄或宽的区域中。这些结构类似于菲涅耳透镜。此外，存在干扰侧边，该干扰侧边将光偏转到不需要的方向。因此，仍然不确定是否可以实现真正合理的光分布。
根据GB 2428128 A的教导，为了实现受限的看视，使用另外的、明显远离显示屏的照明机构，所述照明机构照亮安装在显示屏上的全息图，以便以特殊的波长覆盖侧方视线。在此，缺点是照明机构与显示屏之间所需的间隔，以及制作相应的全息图的耗费。
美国文献US 2013/0308185A1描述了一种构造有台阶的特殊的光导，这种光导将光在大面积上辐射到不同方向，这是根据光导自哪个方向从窄边被照亮而定的。与诸如LCD的透射式成像装置相互作用，可以产生能够在自由看视模式和受限看视模式之间切换的显示屏。在此，其中的缺点是，只能针对左/右或上/下方向产生受限的看视效果，而不能像对于确定的支付动作同时为左/右和上/下方向产生受限的看视效果。另外，即使在受限的看视模式下，从阻挡的观察角度仍然可以看到一些剩余的光。
在WO 2015/121398A1中，申请人公开了一种可切换的照明装置及其用途。但是，该技术没有公开：显示屏的仅一部分在自由看视模式和受限看视模式之间切换的可行方案。
另外，US 6,608,614 B1描述了具有扩展的色彩空间的基于LED的背光照明件。其中，通过光学元件实现用于背光照明件的可变颜色混合，将各种颜色值的LED光耦合输入到光学元件中。但是，该文献没有公开关于如何在自由看视模式和受限看视模式之间切换、尤其是针对部分切换的教导。
另外，WO 2011/124599 A1公开了一种用于光输出的装置，该装置包括多个光源和透明的发光元件。同样，变化的光在光学元件中混合。该文献也缺乏关于如何在自由看视模式和受限看视模式之间切换、尤其是针对部分切换的教导。
最后，在本申请人的DE 10 2015 016 134 B3中，公开了一种用于自由看视模式和受限看视模式的显示屏和方法。在这里，看视模式之间的切换是通过以受限的角度照亮图像而不是通过改变背光照明件来实现，该背光照明件也能使显示屏进行部分切换。
通常，上述方法和装置具有共同的缺点，即它们明显降低了基底显示屏的亮度，和/或者需要主动的、但至少是特殊的光学元件，用以在模式之间进行切换，和/或需要复杂而昂贵的制造，和/或在自由看视模式下，降低分辨率。而特别是在所有已知的构造中没有一种能够在耗费不大的情况下就使显示屏的仅一部分在自由看视模式和受限看视模式之间切换。
发明内容
因此，本发明的目的是描述一种显示屏，通过该显示屏可以借助选择性受限制的观察角度来实现信息的安全呈现，其中，在另一种运行方式下，则应当实现自由的、尽可行在观察角度中不受限制的看视。在此，应该可以将显示屏仅切换到显示屏的显示面的一部分面。而且，本发明旨在通过简单的手段尽可行成本低廉地实现。在两种运行方式下，都能看到最高的分辨率，特别优选的是所用显示屏的原始分辨率。此外，本发明的解决方案使光损失尽可行地少。
根据本发明，该问题通过一种显示屏来解决，该显示屏可以在其显示面的至少一个部分面A(所述部分面A是真正的部分面，即小于且不等于显示屏的总显示面)能够在用于自由看视模式的B1和用于受限看视模式的B2下运行，其中显示屏的在部分面A之外的剩余显示面永久保持自由看视模式，该显示屏包括：
平面延伸的第一背光照明件，第一背光照明件在非受限角度范围内辐射光，并且大部分布置在所述部分面A之外的剩余显示面的下方，
至少一个平面延伸的第二或另外的背光照明件，其在受限的角度范围内辐射光，并且大部分布置在所述部分面A的下方，
沿看视方向看布置在背光照明件的前面的透射成像器，例如LCD面板，
布置在成像器和背光照明件之间的板状透明光导，该光导的设计方式是，所述光导将在其窄边中的至少一个上耦合输入的光通过至少一个大面耦合输出，
沿侧向在光导的至少一个窄边上或者说在光导的至少一个窄边的侧部布置的照明机构，
光导对背光照明件发出的光的至少70％、优选至少是85％是透明的，
其中，在运行方式B1中至少接通照明机构，并且在运行方式B2中接通背光照明件并且断开照明机构。
所述受限的角度范围可以关于成像器的垂直平分线对称或不对称地构造。
第二背光照明件主要布置在至少一个部分面A的下方，而第一背光照明件主要布置在剩余显示面的下方，具体而言布置在至少一个能够以两种运行方式运行的部分面A的外部。“大部分”在此一般是指超过90％，或者在大多数情况下甚至超过95％，因为例如可以考虑如下的应用情形，例如驾驶员和前排乘客在装入车辆中的显示器上斜向看视，其中，在第一和第二背光照明件之间稍有重叠会是有利的，或者背光照明件的公共边界被推移。类似地，也适用于具有几个部分面A1、A2、...的显示屏。
所述光导优选地具有至少与整个显示面相同的尺寸。
有利的是，光导在至少一个其表面积与部分面A等大的部分面上，但是优选在其整个表面上具有小于7％、或者优选地小于2％、或者尤其是小于1％的平均雾度值，平均雾度值根据ASTM D1003测得，由此，由第二背光照明件至少在运行方式B2中输入受限的角度范围内的光在通过光导时会略微散射，即聚焦在运行方式B2中在部分面A上执行的光集束几乎不会或大致不会由于散射在光导中在此扩散，这恰恰是理想和必要的。
光导可以由热塑性或热弹性材料或玻璃组成。光导或其基底可以例如包含占其重量的至少40重量％、优选60重量％的聚甲基丙烯酸甲酯。可替换地，所包含的材料可以是聚碳酸酯(PC)或PET，例如。其他配置也是可行的。
有利地，光导在其大面中的至少一个上和/或在其形体内设有用于光的耦合输出的耦合输出元件。优选但非必须地，耦合输出元件以如下方式在光导的至少一个大面上和/或在其形体内分布，使得由照明机构发射的光自光导中的耦合输出以至少80％(仅)作用在光导的大面之一上传导通过。
由照明机构发射的光自光导中以至少80％在光导的一个大面上耦合输出意味着，所有射出光的最大20％从相应的另一个大面射出。这一事实并不一定意味着：在任何情况下，都有通过照明机构耦合输入光导中的光的多于80％是从一个大面上耦合出的，而是就总共从两个大面耦合输出的光量的多于80％而言的。这种澄清是必要的，因为由于损耗，通常不是所有耦合输入光导的光都通过大面耦合输出。然而，在本发明的有利的构造方案中，实际上可行的、尽管不是必须的是：由照明机构输入到光导中的光的多于80％以平面方式在大面上耦合输出。
耦合输出元件可以是例如微透镜和/或微棱镜和/或衍射结构/或衍射结构元件，并且最大尺寸为100μm，但是优选在1μm和15μm之间。所采用的衍射结构可以是全息图或光栅/衍射图。结构元件可以具有三维延伸，例如呈棱柱形。
即当将它们设置在光导的至少一个大面上时，则耦合输出元件有利地由通过工具设定结构的合成材料形成。在批量生产中这是可行的，例如，通过将紫外线硬化材料(例如，漆料、单体等)施加到光导基底上，通过工具对所述材料设定结构并通过紫外线对其进行硬化。也可以使用可通过辐射硬化的其他材料。以此方式，可以低成本地生产例如光栅结构、微棱镜或微透镜(要么凸形地以合成材料部分在表面上向外伸出，和/或凹形地作为压钩或凹入部构造在设定结构的合成材料的表面层内)，并且适合于批量生产地执行。
备选地，耦合输出元件可以由例如平均粒径为150-500nm的纳米颗粒、二氧化钛、硫酸钡、倍半硅氧烷颗粒和/或交联的聚苯乙烯颗粒组成，其以占光导重量的为0.01-300重量ppm(关于重量而言，每百万的份数)的浓度使用。
还可行的是：
光导由基体合成材料A和均匀分布在其中的由聚合物B构成的耦合输出元件组成，
由聚合物B组成的耦合输出元件的份额为相对于基体合成材料A占0.01至3重量％
聚合物B的折射率nD(B)比基体合成材料A的折射率nD(A)高至少0.01个单位。
根据本发明的显示屏中的第一背光照明件可以例如包括：
平面发射器，优选为具有在侧面或背面布置的照明机构的光导，
至少一个在观察方向上布置在平面发射器的前面的扩散器，以及
可选地其他在观察方向上布置在平面发射器的前面的光学层，例如BEF层、DBEF层和/或中性滤光片，用于衰减光强度。
中性滤光片用于：以限定的方式而且基本上与波长无关地衰减光强度。这有助于使在部分面A及其互补的显示面中感知到的亮度均匀或同等明亮，并且在看视图像时避免或至少减少两个背光照明件之间的任何可见过渡。
根据本发明的显示屏中的第二背光照明件可以例如包括：
平面发射器，优选为具有在侧面或背面布置的照明机构的光导，
至少一个沿观察方向布置在平面发射器的前面的扩散器，
至少一个沿观察方向布置在平面发射器的前面的光准直仪。优选地，在这里甚至可以使用两个光准直仪，例如以彼此成90度错开地取向的棱镜阵列。棱镜阵列可以是例如3MTM光学照明膜。除此之外，特别有利的是沿观察方向在棱镜阵列的前面设置隐私滤光器，例如3MTM以VikuitiTM商标提供的微型百叶窗滤波器，或由Shin Etsu提供的VCF(电压控制滤光器)。
两个背光照明件优选地使用的共同平面发射器。
相应地，平面发射器可以基本上具有与背光照明件类似的设计，例如是侧光照明件、边缘光照明件、直接LED背光照明件、边缘LED背光照明件、OLED或某种其他平面发射器，上面提到的其他组件被应用在该平面发射器上。还可以使用所谓的“直接背光照明件”，即定向的第二背光照明件。
此外，成像器的上侧和/或光导的大面中的至少一个可以设置有减少反射的机构，例如防眩或防反射层。
最后，可以设置一个以上的部分面A，在该部分面A上可以在运行方式B1和B2之间进行所述切换。为此，可以设置其他背光照明件。
根据本发明的显示屏例如可以用在车辆中，用于在运行方式B1下仅在部分面A上向前排乘客显示图像内容，或者在运行方式B1下同时用于驾驶员和前排乘客显示图像内容，而与显示屏显示面的部分面A互补一个或多个部分面对于驾驶员和前排乘客都是永久可见的。因此，可以在部分面A1上显示例如视觉娱乐数据，例如数字TV，视频或互联网数据，而不将其在视觉上呈现给驾驶员。这有助于遵守规定，以防止驾驶员分心驾驶。与部分面A互补的显示面可以显示与驾驶员有关的内容，例如导航图像和文本、收音机的运行界面、空调等。
根据本发明的显示屏也可以用于输入或显示机密数据，例如支付终端或移动设备上的PIN密码、电子邮件、短消息或密码。许多其他应用是可行的。
本发明的另一个有利的实施方式设置为：在运行方式B1中，根据给定的极限角σ，γ，以角度β从光导射出的耦合输出的光在光导表面的每个点上，以满足80°＞β＞γ和/或-80°＜β＜-σ(其中10°＜γ＜80°和10°＜σ＜80°，优选γ＝σ＝40°或者γ＝σ＝20°)的条件的角度范围、垂直于光导表面并沿两个优先方向中的至少一个测量，具有从光导表面的这一点沿着面法线射出的光的光强度的最大80％、优选60％或者特别优选地最大50％。
在此，两个优先方向相互垂直地位于光导3上的平面中或背光照明件2的面上。在付款终端或机动车中的运行中，显示屏相对于其外部环境是固定的，因此可以为优先方向分配例如术语“竖直”和“水平”，而与显示屏的“纵向”或“横向”无关，其实际上与环境的外部坐标系有关。“竖直”对应于显示屏的从上到下的方向，“水平”对应于从左到右的方向。
在本文中，优先方向通常是沿竖直定向。在不失一般性的情况下，在此处将负角对应于光耦合输入的一侧；即，-90°角对应于发生耦合输入的方向。在此，极限角σ，γ被固定地设定，具体而言是根据各个应用所需的光学功率来设定。在特别优选的极限角γ＝σ＝40°的情况下，光强度条件仅适用于-40°至-80°之间以及40°至80°之间的角度。极限角σ，γ越小，在一个或两个优先方向上，就有越多的光沿所述一个或多个优先方向会聚到垂直平分线上。例如，在汽车中，在运行方式B1中，驾驶员和前排乘客使用本发明的照明装置以能够良好定义的视角看向显示屏时，宁愿选择小于40°的极限角σ，γ。相反，在笔记本电脑中，由于显示屏的可折叠性和通用的应用场景，在不同人的观察角方面，大约40°或更大的数值是合理的。80°的极限可行也可以为70°。
以此方式，如果将本发明的具有显示屏的照明装置安装在汽车中，则可以例如减少在挡风玻璃上的干扰反射，特别是在夜间驾驶期间。此外，在满足上述条件的情况下，实现明显的来自光导的耦合输出效率，并且不使用任何聚焦层如棱镜膜等。
在上述所有实施例中，所述照明机构可以是LED或LED行或激光二极管。其他变型是可行的并且落在本发明的范围内。此外，可以针对水平和竖直方向彼此独立地定义和实现用于在运行方式B2中受限看视的期望受限角度范围。例如，在竖直方向上，比在水平方向上更大的角度(或者甚至不受限制)是合理的，例如当在自动提款机处不同升高的人都应当看到图像而侧边的看视应当保持很大程度上或完全被限制。另一方面，对于POS支付终端，基于安全规定经常需要在B2运行模式下在水平和竖直方向上进行安全限制。
在一个特殊的实施例中，沿观察方向在成像器的前面布置有另外的光导，其具有用于耦合输出光的机构，所述机构光沿侧向能够由另外的照明机构来提供光。另外的光导可以例如以与成像器下方的上述光导相同或相似的方式来实现。在此，在用于自由看视模式的运行方式B1中，另外的照明机构被关闭，使得整个图像基本上不受所述照明机构的影响。相反，在运行方式B2中，如果在部分面A上朝向侧面可见程度明显减少，则接通另外的照明机构，由此，另外的光导优选朝一侧(左侧或右侧)或同时朝左侧和朝右侧放射光。该光覆盖或者说照亮(überstrahlen)自侧向角度在受限的角度之外可能还剩余在部分面A上可见的暗影(Artefakt)。
优选地，另外的光导和/或另外的照明机构被配置为：基本上仅在部分面A上方确保所述覆盖。由于这种构造，因此，运行方式B2中在角度范围内的任何不希望的剩余光重叠或覆盖到受保护不被看视的角度范围内，使得在部分面A上不再感觉到对比度，并且因此，从不能自由看视的角度不能看到图像。
相应的另外的照明机构适合于辐射彩色光或白光。在此，照明机构可以对透射型成像器显示的图像中不存在的颜色的光进行辐射。
可替换地，另外的照明机构可以辐射具有如下颜色的光，该颜色存在于由透射成像器显示的图像中或者在色谱中接近于这种颜色。最后可以考虑的是，另外的照明机构辐射如下颜色的光，这种颜色大致相当于透射成像器显示的图像中存在的颜色的互补颜色。“有色光”尤其应理解为不是白色的可见光，例如红色、绿色、蓝色、绿松石、青色、洋红色或黄色的光。此外，该光可以可选地以各种亮度等级辐射。此外可行的是，另外的照明机构发射的光的色彩(Farbigkeit)也关于时间得到调制，例如在颜色和/或亮度方面得到调制。即，另外的照明机构可以利用不同的照明机构来实现，例如呈LED行的RGB LED，这些照明机构同时地或在时间上错开地和/或在空间上错开地辐射不同颜色和/或不同亮度的光。
原则上，即使上述参数在一定范围内变化，本发明的性能也不会受到影响。
应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，前面提到的特征和下面将要解释的特征不仅能够以所述的组合形式应用，还能够以其他组合形式或独立地应用。
附图说明
下面，借助也示出对于本发明关键的特征的附图详细阐述本发明。其中：
图1示出在运行方式B2中根据本发明的显示屏的原理图示，其中，一部分显示面处于自由看视模式中，一部分显示面处于受限看视模式中，
图2示出在运行方式B1中根据本发明的显示屏的原理图示，其中，整个显示面处在自由看视模式下，
图3示出用于耦合输出光的原理图示，光沿侧向从光导的下部大面耦合输入到光导中，在下部大面上存在耦合输出元件，
图4示出用于耦合输出光的原理图示，光沿侧向从光导的上部大面耦合输入到光导中，在上部大面上存在耦合输出元件，
图5示出出自背光照明件的光通过光导的原理图示，
图6示出在运行方式B2中的根据本发明的显示屏的原理图示，其中，一部分显示面处在自由看视模式下，一部分显示面处在受限看视模式下，并且另一光导布置在成像器前面，以便在侧向观察时覆盖可能存在的剩余光，
图7示出在运行方式B2中的根据本发明的显示屏的原理图示，其中，一部分显示面处在自由看视模式下，一部分显示面处在受限看视模式下，并且两个背光照明件以其主要部件分解示出，以及
图8示出类似于图1的根据本发明的显示屏的原理图示，但是具有多个部分面。
附图并非忠实于比例并且仅反映原理图示。
具体实施方式
图1是示出根据本发明的显示屏1在运行方式B2下的原理图示(截面图)，其中，部分面A(由粗虚线标记并且对应于整个显示面的大约一半)处于受限看视模式，显示面的另一部分处于自由看视模式。该显示屏1包括：
平面延伸的第一背光照明件2a，该第一背光照明件将光辐射到非限制性的角度范围内(该光以由第一背光照明件2a朝发散方向发出的光线示出)，并且大部分在其余显示面的下方布置在所述部分面A之外，
至少一个平面延伸的第二背光照明件2b，该第二背光照明件将光辐射进入受限的角度范围(该光以由第二背光照明件2b在狭窄的角度范围内发出的光线或光束标示)，并且布置成较大的一部分在所述部分面A下方，
在看视方向上布置在两个背光照明件2a、2b的前面的透射成像器5，例如LCD面板，
布置在成像器5与两个背光照明件2a、2b之间的板状透明光导3，所述板状透明光导被设计成，使得其将在自身的至少一个窄边上耦合输入的光通过至少一个大面耦合输出，
沿侧向布置在光导3的至少一个窄边上的照明机构4，例如LED行，
其中，光导3对于由背光照明件2a、2b发射的光的至少70％是透明的。
在图1所示的运行方式B2下，两个背光照明件2a、2b被接通，并且照明机构4被断开。相反，图2是示出在运行方式B1下的根据本发明的显示屏的原理图示，其中，整个显示面处于自由看视模式。为此，至少接通照明机构4。为了在受限的角度范围内获得特别明亮的图像，可以另外接通例如第二背光照明件2b。为了在成像器5的部分面A之外获得特别明亮的图像，还可以彼此独立地接通第一背光照明件2a。
所述受限的角度范围可以相对于成像器5的垂直平分线对称地或不对称地布置。通过不对称的布置，可以使运行方式B2下的图像对于前座乘客而言是良好可见的，其由于座位位置倾斜地看向显示屏1，在运行方式B2中总是能够被良好看视地构造。
有利地，光导3在其表面积与部分面A的表面积大小相同的部分面上、但优选在其整个区域上具有低于7％、优选低于2％、特别优选低于1％的平均雾度值，根据ASTM D1003测量，由此，由第二背光照明件2b至少在运行方式B2下射入受限的角度范围内的光在通过光导3时，仅稍微发生散射，也就是在运行方式B2中在部分面A上发生的光集束几乎没有或大致上没有通过在光导3中的散射而再次扩散，这正是期望和要求的。
光导3可以由热塑性合成材料或热弹性合成材料或玻璃组成。由此，例如可行的是，光导3或其基底可以例如就其重量而言包含至少40重量％，或优选至少60重量％的聚甲基丙烯酸甲酯。可替换地，所包含的材料可以是聚碳酸酯(PC)或PET，例如。其他配置也是可行的。
有利地，光导3在其大面中的至少一个上和/或在其形体内的具有用于将光输出耦合的耦合输出元件6。这种耦合输出元件是优选的，但不是必须的，方式为：这些元件以这样的方式分布在光导3的大面中的至少一个上和/或在光导3的形体之内，使得来自照明机构4从光导3中的光耦合输出至少80％在光导3的大面之一上发生。
在图3中，示出了用于将沿侧向由照明机构4耦合输入到光导3中的光从光导3的其上布置有耦合输出元件6的下部大面耦合输出的光的原理图示，其中，光虽然在光导3的下部大面上耦合输出(即从全反射角度出来)，但实际上通过互补的大面(在图中：顶部大面)离开光导3。在水平方向上，即垂直于图平面，此处的光通常在宽角度范围内耦合输出。耦合输出元件6的位置由附图标记6表示，但是未示出耦合输出元件6本身，因为它们必须具有微观上很小的尺寸。
然后，光通过照明机构4例如通过LED沿侧向耦合到光导3中。由于全反射，耦合输入的光的射线或者说光束(由粗体射线表示)在外壁上被反射抛回到光导3中，直到它们最终(可能在多次命中之后)达到耦合输出元件6以发生所需的耦合输出。耦合输出由细射线表示。为了更好地理解，图3中的表示是高度示意性的。实际上，在光导3中实现了大量的光线路径，并且采用了大量的耦合输出元件6。
相反，图4示出用于将沿侧向由照明机构4耦合输入到光导3中的光从其上布置有耦合输出元件6的光导3的上部大面耦合输出的原理图示。在此，相应地适用图3的说明。这里在技术上不同的仅仅是输出元件6的位置和可行的构造，其现在占据光导3的上侧，因此直接将光耦合输出，而无需如相反地在图3中所示那样还再次沿横向穿过光导3。
出自照明机构4的光的至少80％从光导3的一个大面耦合输出，这意味着最大被耦合的总光的20％从相应的另一个大面耦合输出。这一事实并不一定意味着在任何情况下通过照明机构4耦合到光导3中的光中都有80％以上是通过一个大面耦合出的，而是指耦合出的全部光中有80％以上是耦合出的。这种澄清是必要的，因为由于损耗，决不会通过大面将耦合到光导3的总光耦合出去。然而，在本发明的有利实施例中，尽管不是必要条件，但实际上可行的是，由照明机构4馈入光导3的光的80％以上以平面方式在大面上耦合输出。
耦合输出元件6可以由例如微透镜和/或微棱镜和/或衍射结构和/或结构元件组成，并且最大尺寸为100μm，或者优选地在1μm和15μm之间。衍射结构可以例如是全息图或光栅/衍射光栅。所述结构元件可具有三维延伸，例如棱柱形。
因此，如果将耦合输出元件6设置在光导3的至少一个大面上，则耦合输出元件有利地由通过工具设定结构的合成材料形成。在批量生产中这是可行的，例如，通过将紫外线硬化材料(例如，漆料、单体等)施加到光导基底上，所述材料通过工具设定结构并通过紫外线对其进行硬化辐射，例如聚合。也可以使用可通过辐射硬化的其他材料。
以此方式，可以低成本地生产例如光栅结构，微棱镜或微透镜(凸形地以合成材料部件从表面突出和/或凹形地作为设定结构的合成材料的表面层内的压沟或凹部)成本低廉而且适合于批量制造地执行。
可替代地，耦合输出元件6可以例如由平均粒径为150-500nm的纳米颗粒、二氧化钛、硫酸钡、倍半硅氧烷颗粒和/或交联的聚苯乙烯颗粒组成，其以0.01-300重量ppm(关于重量而言，每百万的份数)使用。
还有可行的是：
光导3由基体合成材料A和均匀分布在其中的由聚合物B构成的耦合输出元件6组成，
由聚合物B组成的耦合输出元件6的份额为相对于基体合成材料A占0.01至3重量％
聚合物B的折射率nD(B)比基体合成材料A的折射率nD(A)高至少0.01个单位。
图5示出来自背光照明件2b的光通过光导3、具体而言通过光导3的两个大面或横穿其形体的原理图示。在此，耦合输出元件6基本上可以忽略的，因为光是来自背光照明件2b的，也就是说，光没有沿侧向通过照明机构4的窄边耦合输入到光导3中，因此不会或几乎不会通过在光导3中的全反射来回转向。因此，在图中未示出耦合输出元件6，因为它们在这种状况下的影响可忽略不计。
图6示出在运行方式B2中的根据本发明的显示屏的原理图示，其中显示面的一部分处于自由看视模式，并且显示面的一部分A处于受限看视模式(运行方式B2)，并且另一光导7布置在成像器5的前面，以便在侧向观察的情况下覆盖可能存在的剩余光。在这个特殊的实施例中，沿观察方向看，在成像器5的前面布置另一光导7，该另一光导7具有用于光耦合输入的装置(图中未示出)。另一光导可以由另外的照明机构7a从侧面馈入光。该另一光导7可以例如通过与光导3相同或相似的装置在成像器5的下方实现。
在此，在用于自由看视模式的运行方式B1中，关闭了另外的照明机构7a，使得整个图像基本上保持不受另一光导7的影响。相反，在运行方式B2中，如果在部分面A上朝向侧面可感知程度明显降低，则接通另外的照明机构7a，由此，另一光导7优选朝一侧(左侧或右侧)或同时朝左侧和朝右侧发射光(如在图6中通过长箭头向左和向右示出；窄箭头应当沿竖直方向示出，在该方向上，为了仅稍微影响图像画质而仅有尽可能少的光呈不希望的对比度降低的形式射出)。该光覆盖或者说照亮自侧向角度在受限的角度之外可能还剩余在部分面A上可见的暗影。
优选地，另外的光导7和/或另外的照明机构7a被配置为：基本上仅在部分面A上方确保所述覆盖或者说照亮，如在图6中示出那样。由于这种构造，因此，运行方式B2中在角度范围内的任何不希望的剩余光重叠或覆盖到受保护不被看视的角度范围内，使得在部分面A上不再感觉到对比度，并且因此，从不能自由看视的角度不能看到图像。相应地另外的照明机构7a构造用于发射彩色光或白光。在此，另外的照明机构7a可以发射一种在有透射成像器5示出的图像中不出现的颜色的光。
可替换地，另外的照明机构7a可以辐射具有如下颜色的光，该颜色存在于由透射成像器5显示的图像中或者在色谱中接近于这种颜色。最后可以考虑的是，另外的照明机构7a辐射如下颜色的光，这种颜色大致相当于透射成像器5显示的图像中存在的颜色的互补颜色。“有色光”尤其应理解为不是白色的可见光，例如红色、绿色、蓝色、绿松石、青色、洋红色或黄色的光。此外，该光可以可选地以各种亮度等级辐射。此外可行的是，另外的照明机构7a发射的光的色彩也关于时间得到调制，例如在颜色和/或亮度方面得到调制。即，另外的照明机构7a可以利用不同的照明机构7a1、7a2……来实现，例如呈LED行的RGB LED，这些照明机构同时地或在时间上错开地和/或在空间上错开地辐射不同颜色和/或不同亮度的光。
最后，图7示出第二运行方式B2中的根据本发明的显示屏1的原理图示，其中，显示面的一部分A在受限的看视模式中，显示面的其他部分处在自由看视模式中，并且两个背光照明件2a、2b以其部件分解示出。
根据本发明的显示屏1中的所示的第一背光照明件2a可以例如包括：
平面发射器2ab1，优选为光导，其具有在侧面或背面布置的照明机构，
至少一个在观察方向上布置在平面发射器2ab1的前面的扩散器2ab2，以及
可选地其他在观察方向上布置在平面发射器的前面的光学层，例如BEF层2a2、DBEF层2a3和/或中性滤光片2a4，用于衰减光强度。
中性滤光片2a4用于：以限定的方式而且基本上与波长无关地衰减光强度。这有助于使在部分面A及其互补的显示面中感知到的亮度均匀或同等明亮。
图7中所示的、根据本发明的显示屏1中的第二背光照明件2b可以例如包括：
平面发射器2ab1，优选为光导，其具有在侧向或背面布置的照明机构，
至少一个沿观察方向扩散器2ab2，
两个布置在平面发射器2ab1的前面的光准直仪，例如以彼此成90度错开地取向的棱镜阵列2b1、2b2的形式。棱镜阵列可以是例如3MTM光学照明膜。
沿观察方向在棱镜阵列的前面设置隐私滤光器2b3，例如3MTM以VikuitiTM商标提供的微型百叶窗滤波器，或由Shin Etsu提供的VCF(电压控制滤光器)。
两个背光照明件2a、2b优选地使用共同的平面发射器2ab1，如图7所示那样。扩散器2ab2也可以用于两个背光照明件2a、2b，当其相应地一体地实现时。
相应地，平面发射器2ab1可以原则上具有与背光照明件类似的设计，例如是侧光照明件、边缘光照明件、直接LED背光照明件、边缘LED背光照明件、OLED或某种其他平面发射器，上面提到的其他组件被应用在该平面发射器上。
另外，可以使用所谓的“直接背光照明件”，即定向的第二背光照明件2b。
最后，图8示出了在运行方式B2下的图1所示的显示屏的变型，其中，不仅使用了一个部分面A，而且还使用了位于外侧上的两个部分面A1和A2。显示屏在这两个部分面上能够以运行方式B1和运行方式B2运行，而剩余区域、在这里也就是显示屏的剩余显示面在所述两个部分面之间永久地在自由看视模式下运行。优选地，运行方式B1或B2可以针对两个部分面A1和A2中的一个彼此独立地选择。部分面A1、A2以及必要时还有其他部分面也可以布置成，将剩余的显示屏分成多个区域。
根据本发明的显示屏1可以例如用在车辆中，即用于选择性地在运行方式B2中仅对前排乘客在部分面A上呈现图像内容，或者在运行方式B1下同时对于驾驶员和前面乘客都可见，而显示屏1的与部分面A互补的部分显示面对于驾驶员和前排乘客是永久可见的。因此，例如，诸如数字TV，视频或互联网数据之类的视觉娱乐数据可以在部分面A上呈现给前排乘客，而无需视觉上呈现给驾驶员。这有助于遵守用于防止驾驶员分心驾驶任务的法规。根据本发明的显示屏也可以用于输入或显示机密数据，例如自动柜员机，支付终端或移动设备上的PIN、电子邮件、SMS或密码。许多其他应用是可行的。
在上述所有实施例中，所述照明机构可以是LED或LED行或激光二极管。其他版本是可行的并且在本发明的范围内。
此外，可以针对水平和竖直方向彼此独立地定义和实现用于在运行方式B2中受限看视的期望受限角度范围。例如，在竖直方向上，比在水平方向上更大的角度(或者甚至不受限制)是合理的，例如当在自动提款机处不同升高的人都应当看到图像而侧边的看视应当保持很大程度上或完全被限制。另一方面，对于POS支付终端，基于安全规定经常需要在B2运行模式下在水平和竖直方向上进行安全限制。
上面描述的根据本发明的照明装置以及可以与之一起实现的显示屏解决了所要解决的问题。并且能够容易地转换成实际的解决方案，该解决方案借助于可选地受限制的视角以及在单独的运行方式下实现了对信息的安全呈现。而在另一运行方式下，能够自由地沿看视角度不受限的看视。本发明可以通过简单的手段以可承受的成本付诸实践。在两种运行方式下，都可以利用所采用的图像显示屏设备的原始分辨率。而且，该解决方案导致光损失很小。
上述发明可以在显示和/或输入机密数据的任何地方有利地使用，例如在输入PIN或密码时、在ATM或支付终端上显示数据或在移动设备上阅读电子邮件时，都是有利的。如上所述，本发明可以也可用于私家车。
附图标记列表
A、A1、A2 部分面
1 显示屏
2a 背光照明件
2b 背光照明件
2ab1 平面发射器
2ab2 扩散器
2b1 光准直器/棱镜阵列
2b2 光准直器/棱镜阵列
2b3 隐私滤光器/微型栅条滤光器
2a2 BEF-层
2a3 DBEF-层
2a4 用于削弱光强度的中性滤光器
3 光导
4 照明机构
5 透射成像器
6 耦合输出元件
7 光导
7a 照明机构

Claims (18)

1.一种显示屏(1)，所述显示屏在其显示面的至少一个部分面A上能够以，其中运行方式B1对应自由看视模式且运行方式B2对应在看视角度方面受限制的受限看视模式，其中，显示屏(1)的剩余的显示面在部分面A之外持续地具有在看视角度方面不受限制的自由看视模式，所述显示屏包括：
平面延伸的第一背光照明件(2a)，所述第一背光照明件在非受限角度范围内辐射光，并且大部分布置在所述部分面A之外的剩余显示面的下方，
至少一个平面延伸的第二背光照明件(2b)，所述第二背光照明件在受限的角度范围内辐射光，并且大部分布置在所述部分面A的下方，
沿看视方向看布置在两个背光照明件(2a、2b)的前面的透射的成像器(5)，
布置在成像器(5)和两个背光照明件(2a、2b)之间的板状的透明的光导(3)，光导(3)在其大面中的至少一个上和/或在其形体内具有用于耦合输出光的耦合输出元件(6)，使得：所述光导将在其窄边中的至少一个上耦合输入的光通过至少一个大面耦合输出，
沿侧向在光导(3)的至少一个窄边上布置的照明机构(4)，
其中，光导(3)对于由两个背光照明件(2a、2b)发出的光至少70％是透明的，
其中，所述显示屏配置成，在运行方式B1中至少接通照明机构(4)，并且在运行方式B2中接通两个背光照明件(2a、2b)并且断开照明机构(4)。
2.根据权利要求1所述的显示屏，其特征在于，光导(3)在表面积与部分面A的表面积等大的至少一个部分面上具有小于7％的平均雾度值，平均雾度值根据ASTM D1003测得，由此，由背光照明件(2b)至少在运行方式B2中辐射到受限的角度范围内的光在通过光导(3)传导时，仅稍微发生散射。
3.根据权利要求2所述的显示屏，其特征在于，光导(3)在其整个面上具有小于7％的平均雾度值。
4.根据权利要求1所述的显示屏，其特征在于，光导(3)由热塑性或热弹性的合成材料或由玻璃构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏，其特征在于，耦合输出元件(6)以如下方式在大面中的至少一个上和/或在其形体内分布：使得出自照明机构(4)的光从光导(3)中的耦合输出以至少80％在光导(3)的一个大面上发生。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏(1)，其特征在于，耦合输出元件(6)由微透镜和/或微棱镜和/或衍射结构和/或结构元件构成。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏(1)，其特征在于，耦合输出元件(6)由平均粒径为150-500nm的纳米颗粒、二氧化钛、硫酸钡、倍半硅氧烷颗粒和/或交联的聚苯乙烯颗粒组成，其浓度就光导(3)的重量而言为0.01-300重量ppm，其中，重量ppm是指关于重量而言，每百万的份数。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏(1)，其特征在于，
光导(3)由基体合成材料A和均匀分布在其中的由聚合物B构成的耦合输出元件(6)组成，
由聚合物B组成的耦合输出元件(6)的份额为相对于基体合成材料A占0.01至3重量％，
聚合物B的折射率nD(B)比基体合成材料A的折射率nD(A)高至少0.01个单位。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏(1)，其特征在于，第一背光照明件(2a)由如下部件组成：
平面发射器(2ab1)，
至少一个在观察方向上布置在平面发射器(2ab1)的前面的扩散器(2ab2)，以及
其他在观察方向上布置在平面发射器(2ab1)的前面的光学层。
10.根据权利要求9所述的显示屏(1)，其特征在于，所述平面发射器(2ab1)是具有在侧面或背面布置的照明机构的光导。
11.根据权利要求9所述的显示屏，其特征在于，其他的光学层设计为BEF-层(2a2)、DBEF-层(2a3)和/或设计为中性滤光器(2a4)，用于削弱光强度。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏(1)，其特征在于，第二背光照明件(2b)由如下部件组成：
平面发射器(2ab1)，
至少一个沿观察方向布置在平面发射器(2ab1)的前面的扩散器(2ab2)，
至少一个沿观察方向布置在平面发射器(2ab1)的前面的光准直仪(2b1)。
13.根据权利要求12所述的显示屏(1)，其特征在于，所述平面发射器(2ab1)是具有在侧面或背面布置的照明机构的光导。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏(1)，其特征在于，两个背光照明件(2a、2b)使用共同的平面发射器(2ab1)。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的显示屏(1)，其特征在于，其特征在于，在运行方式B1中，根据给定的极限角σ，γ，以角度β从光导(3)中射出的耦合输出的光在光导(3)的表面的每个点上，以满足80°＞β＞γ和/或-80°＜β＜-σ的条件的角度范围、垂直于光导(3)的表面并沿两个优先方向中的至少一个测量，具有从光导(3)的表面的这一点沿着面法线射出的光的光强度的最大80％，其中10°＜γ＜80°和10°＜σ＜80°，两个优先方向相互垂直地位于光导上的平面中或背光照明件的面上。
16.根据权利要求15所述的显示屏(1)，其特征在于，其特征在于，在运行方式B1中，根据给定的极限角σ，γ，以角度β从光导(3)中射出的耦合输出的光在光导(3)的表面的每个点上，以满足80°＞β＞γ和/或-80°＜β＜-σ的条件的角度范围、垂直于光导(3)的表面并沿两个优先方向中的至少一个测量，具有从光导(3)的表面的这一点沿着面法线射出的光的光强度的最大50％。
17.根据权利要求15所述的显示屏(1)，其特征在于，其特征在于，γ＝σ＝40°或者γ＝σ＝20°。
18.一种根据前述权利要求中任一项所述的显示屏(1)在车辆中的用途，用于选择性地在运行方式B2中仅对前排乘客在部分面A上显示图像内容以及在运行方式B1中同时对驾驶员和前排乘客在部分面A上显示图像内容，而显示屏(1)的显示面的与部分面A互补的一个或多个部分面持续地对于驾驶员和前排乘客能够看视。
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