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Gebiet der Erfindung
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In den letzten Jahren wurden große Fortschritte zur Verbreiterung des Sehwinkels bei LCDs erzielt. Allerdings gibt es oft Situationen, in denen dieser sehr große Sehbereich eines Bildschirms von Nachteil sein kann. Zunehmend werden auch Informationen auf mobilen Geräten wie Notebooks und Tablet-PCs verfügbar, wie Bankdaten oder andere, persönliche Angaben, und sensible Daten. Dem entsprechend brauchen die Menschen eine Kontrolle darüber, wer diese sensiblen Daten sehen darf; sie müssen wählen können zwischen einem weiten Betrachtungswinkel, um Informationen auf ihrem Display mit anderen zu teilen, z.B. beim Betrachten von Urlaubsfotos oder auch für Werbezwecke. Andererseits benötigen sie einen kleinen Betrachtungswinkel, wenn sie die Bildinformationen vertraulich behandeln wollen.
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Stand der Technik
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Zusatzfolien, die auf Mikro-Lamellen basieren, wurden bereits für mobile Displays eingesetzt, um deren optischen Datenschutz zu erreichen. Allerdings waren diese Folien nicht (um)schaltbar, sie mussten immer erst per Hand aufgelegt und danach wieder entfernt werden. Auch muss man sie separat zum Display transportieren, wenn man sie nicht gerade braucht. Ein wesentlicher Nachteil des Einsatzes solcher Lamellen-Folien ist ferner mit den einhergehenden Lichtverlusten verbunden.
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Die
US 6,765,550 beschreibt einen solchen Sichtschutz durch Mikro-Lamellen. Größter Nachteil ist hier die mechanische Entfernung bzw. der mechanische Anbau des Filters sowie der Lichtverlust im geschützten Modus.
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In der
US 5,993,940 wird der Einsatz einer Folie beschrieben, die auf ihrer Oberfläche gleichmäßig angeordnete, kleine Prismenstreifen hat, um einen Privacy-Modus zu erzielen. Entwicklung und Herstellung sind recht aufwändig.
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In der
WO 2012/033583 wird die Umschaltung zwischen freier und eingeschränkter Sicht vermittels der Ansteuerung von Flüssigkristellen zwischen sogenannten „chromonischen“ Schichten erzeugt. Hierbei entsteht ein Lichtverlust und der Aufwand ist recht hoch.
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Die Schrift
US 2009/0067156 offenbart eine Vielzahl an Ideen, um ein Beleuchtungssystem und ein Bildschirmgerät auszugestalten. Die dort in den
3A und
3B abgebildete Variante verwendet insbesondere zwei Hintergrundbeleuchtungen, sogenannte Backlights, bestehend aus keilförmigen Lichtleitern, und ein LCD-Panel, wobei das hintere Backlight 40 zwingend einen weiten Beleuchtungswinkel und das vordere Backlight 38 zwingend einen schmalen Beleuchtungswinkel erzeugen soll. Unklar bleibt hierbei jedoch die Funktionsweise, wie das Backlight 38 einen schmalen Beleuchtungswinkel erzeugen soll, ohne dass das Licht mit einem weiten Beleuchtungswinkel, welches vom Backlight 40 herrührt, beim Durchgang durch das Backlight 38 wesentlich in Licht mit einem schmalen Beleuchtungswinkel umgewandelt wird.
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Zur Ausgestaltung nach
5 der
US 2009/0067156 ist zu bemerken, dass beide Lichtleiter 46 und 48 jeweils „narrow light“, also Licht mit einem schmalen Beleuchtungswinkel, produzieren. Das Licht des Lichtleiters 48 wird erst durch einen aufwändig mit Prismenstrukturen zu erstellenden Teilspiegel 50 in „wide light“, also Licht mit einem weiten Beleuchtungswinkel, umgewandelt. Diese Umwandlung beschneidet die Lichtintensität extrem, da das zunächst in einen schmalen Beleuchtungswinkel abgestrahlte Licht, welches als einziges Licht zur Verfügung steht, dann in einen großen Beleuchtungswinkel, i.d.R. den Halbraum, aufgefächert wird. Dies hat zur Folge, dass je nach Parametern die Helligkeit um einen Faktor 5 oder mehr verringert wird (bezogen auf die Leuchtdichte). Es handelt sich also um eine praktisch wenig relevante Ausgestaltung.
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In der Ausgestaltung nach
7 der
US 2009/0067156 ist zwingend eine Phosphorschicht notwendig, diese soll UV-Licht in sichtbares Licht umwandeln. Dieser Aufwand ist groß und bei dem Wunsch nach hinreichend Licht aus dem Backlight, um ein LCD-Panel lesbar zu beleuchten, werden sehr große Intensitäten an UV-Licht benötigt. Mithin ist dies teuer, aufwändig und schon von der Abschirmung der benötigten UV-Strahlung her nicht praktikabel.
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Die
US 2012/0235891 beschreibt ein sehr aufwändiges Backlight in einem Bildschirm. Dort kommen gemäß
1 und
15 nicht nur mehrere Lichtleiter zum Einsatz, sondern auch weitere komplexe optische Elemente wie etwa Mikrolinsenelemente 40 und Prismenstrukturen 50, die das Licht von der hinteren Beleuchtung auf dem Weg zur vorderen Beleuchtung umformen. Dies ist teuer und aufwändig umzusetzen und ebenso mit Lichtverlust verbunden. Gemäß der Variante nach
17 in der
US 2012/0235891 produzieren beide Lichtquellen 4R und 18 Licht mit einem schmalen Beleuchtungswinkel, wobei das Licht von der hinteren Lichtquelle 18 erst aufwändig in Licht mit einem großen Beleuchtungswinkel, umgewandelt wird. Diese komplexe Umwandlung ist - wie weiter oben schon bemerkt - stark helligkeitsmindernd.
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Gemäß der
JP 2007-155783 werden spezielle, aufwändig zu berechnende und herzustellende optische Oberflächen 19 genutzt, die dann Licht je nach Lichteinfallswinkel in verschiedene schmale oder breite Bereiche ablenken. Diese Strukturen ähneln Fresnel-Linsen. Ferner sind Störflanken vorhanden, die Licht in unerwünschte Richtungen ablenken. Somit bleibt unklar, ob wirklich sinnvolle Lichtverteilungen erreicht werden können.
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Nach Lehre der
GB 2428128 A werden zur Erzielung einer eingeschränkten Sicht zusätzliche, vom Bildschirm deutlich entfernte Lichtquellen, die ein auf dem Bildschirm angebrachtes Hologramm beleuchten, verwendet, um den Seiteneinblick mit speziellen Wellenlängen zu überlagern. Nachteilig sind hierbei der benötigte Abstand der Lichtquellen vom Bildschirm und der Aufwand, entsprechende Hologramme herzustellen.
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In der US Schrift 2013/0308185 wird ein spezieller, mit Stufen ausgebildeter Lichtleiter beschrieben, der Licht auf einer Großfläche in verschiedene Richtungen abstrahlt, je nachdem, aus welcher Richtung er von einer Schmalseite aus beleuchtet wird. Im Zusammenspiel mit einem transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung, z.B. einem LC-Display, kann somit ein zwischen freiem und eingeschränktem Sichtmodus schaltbarer Bildschirm erzeugt werden. Nachteilig ist hierbei u.a., dass der eingeschränkte Sichteffekt entweder nur für links/rechts oder aber für oben/unten, nicht aber für links/rechts/oben/unten gleichzeitig erzeugt werden kann, wie es etwa für bestimmte Zahlungsvorgänge nötig ist. Hinzu kommt, dass auch im eingeschränkten Sichtmodus aus geblockten Einsichtwinkeln immer noch ein Restlicht sichtbar ist.
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Schließlich beschreibt die
DE 10 2014 003 298 A1 Verfahren und Anordnung zur wahlweisen Einschränkung der Erkennbarkeit von Bildern. Hierzu ist ein spezielles optisches Element nötig ist, welches für das von dem Bildschirm ausgehende Licht zu mindestens 70% transparent ist, und welches für aus Leuchtmitteln seitlich einfallendes Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich derart ablenkt, dass in Richtungen, die in Winkeln alpha größer als gamma, mit gamma größer als 20 Grad, zur Flächennormale des Bildschirms gelegen sind, das von dem Bildschirm ausgehende Licht mit dem von dem optischen Element umgelenkten Licht überlagert wird, wodurch im Wesentlichen das auf dem Bildschirm dargestellte Bild nur aus Winkeln beta kleiner gamma zur Flächennormale des Bildschirms uneingeschränkt sichtbar ist.
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Den vorgenannten Verfahren und Anordnungen ist in der Regel der Nachteil gemein, dass sie die Helligkeit des Grundbildschirms deutlich reduzieren und/oder ein aktives, zumindest jedoch ein spezielles, optisches Element zur Modi-Umschaltung benötigen und/oder eine aufwändige sowie teure Herstellung erfordern und/oder die Auflösung im frei betrachtbaren Modus reduzieren.
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Beschreibung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Bildschirm zu beschreiben, durch den eine sichere Darstellung von Informationen vermittels eines wahlweise eingeschränkten Betrachtungswinkels realisiert werden kann, wobei in einer weiteren Betriebsart eine freie, möglichst im Betrachtungswinkel uneingeschränkte Sicht möglich sein soll. Die Erfindung soll mit einfachen Mitteln möglichst preisgünstig umsetzbar sein. In beiden Betriebsarten soll eine möglichst hohe Auflösung, besonders bevorzugt die native Auflösung des verwendeten Bildschirms, sichtbar sein. Ferner soll durch die Lösung nur ein möglichst geringer Lichtverlust sowie eine geringe Bildverfälschung im bei der sicheren Darstellung eingeführt werden. Die sichere Darstellung soll von den gesperrten Winkelbereichen möglichst gar nicht erkennbar sein, auch nicht für technische Sichtmittel wie Kameras.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Bildschirm mit einem Bildgeber, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem ein auf dem Bildgeber dargestellter Bildinhalt (z.B. mit einer Leuchtdichte von mindestens 20 cd/m2 oder mehr) nur aus einem eingeschränkten Winkelbereich sichtbar ist und außerhalb dieses Winkelbereichs nur eine Restsichtbarkeit vorhanden ist, betrieben werden kann, bei welchem
- - in Betrachtungsrichtung vor dem Bildgeber ein plattenförmiger Lichtleiter angeordnet ist, welcher aus einem transparenten, thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff und darin verteilten Streupartikeln besteht und/oder an mindestens einer der Großflächen Auskoppelelemente aufweist,
- - wobei ferner seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters Leuchtmittel angeordnet sind,
- - der Lichtleiter für das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist,
- - wobei in der Betriebsart B1 die Leuchtmittel ausgeschaltet sind, so dass das vom Bildgeber ausgehende Licht im Wesentlichen unbeeinflusst durch den Lichtleiter hindurchtritt, und
- - wobei in der Betriebsart B2 die Leuchtmittel eingeschaltet sind, so dass das vom Bildgeber ausgehende Licht von Licht überlagert wird, welches der Bildgeber aufgrund der Abstrahlung von Licht aus dem Lichtleiter diffus und/oder gerichtet in den Betrachtungsraum zurückstreut bzw. -reflektiert, und/oder von Licht überlagert wird, welches von dem Lichtleiter flächig über einen oder mehrere Winkelbereiche in den Betrachtungsraum abgestrahlt wird, wodurch die Restsichtbarkeit des auf dem Bildgeber dargestellten Bildinhaltes außerhalb des besagten eingeschränkten Winkelbereiches verringert wird.
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Ein Bildgeber mit den zwei genannten Betriebsmodi kann beispielsweise ein LCD mit einer speziellen Hintergrundbeleuchtung sein, wie sie in den Schriften
WO 2015/121398 oder auch der
US 2013/0308185 vorgeschlagen ist. Das bedeutet, dass der Bildgeber ein transmissiver Bildgeber ist und zur Umschaltung zwischen den Modi B1 und B2 über zwei miteinander verbundene Hintergrundbeleuchtungen verfügt, wobei die eine für den Modus B1 den Bildgeber mit in den Halbraum gerichteten Licht und die andere für den Modus B2 den Bildgeber mit in einem Winkelbereich beschränkten Licht beleuchtet.
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Andere Ausgestaltungen sind selbstverständlich möglich. Alternativ kann der Bildschirm einen Bildgeber umfassen, der andere Mittel zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsmodi B1 und B2 aufweist, etwa solche, die in einem LCD-Panel selbst integriert sind.
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Eine vorgenannte Hintergrundbeleuchtung strahlt in den meisten bekannten Ausgestaltungen in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht zwar in einen eingeschränkten Winkelbereich ab, jedoch ist diese Richtungsselektion bei weitem nicht vollständig, was dazu führt, das man auf einem transmissiven Bildgeber mit einer solchen Hintergrundbeleuchtung selbst aus Schrägsicht immer noch den Bildinhalt vollständig oder zu großen Teilen erkennen kann, wenn auch mit schwacher Helligkeit und/oder mit schwachem Hell-Dunkel-Kontrast. Diese immer noch mögliche Schrägsicht wird auf Grund der Erfindung vollständig oder nahezu vollständig eliminiert: durch die Überlagerung des vom Bildgeber ausgehenden Lichtes mit farbigem Licht, welches der Lichtleiter nunmehr flächig über einen großen Winkelbereich abstrahlt, wird die Restsichtbarkeit eines auf dem Bildgeber dargestellten Bildes außerhalb des besagten eingeschränkten Winkelbereiches massiv verringert, oftmals sogar komplett abgestellt.
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Die besagte Restsichtbarkeit hat unter anderem damit zu tun, dass viele LCD-Panels eine Volumenstreuung und/oder eine streuende Antiglare-Oberfläche aufweisen, die das von hinten eintreffende, in eingeschränkte Raumwinkel gerichtete Licht teilweise streuen, wodurch auch unter schrägen Winkeln eine Restsichtbarkeit gegeben ist.
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In anderen Ausgestaltungen, bei denen die Richtungsselektivität nicht auf Grund der Hintergrundbeleuchtung für den Modus B2 generiert wird, sorgen andere Imperfektionen für das Vorhandensein von oftmals erkennbarem Restlicht in die eigentlich für die Sicht geblockten Winkelbereiche, was wiederum durch die in Rede stehende Erfindung geheilt werden kann.
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Das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches im Modus B2 von den Leuchtmitteln herrührt, sollte bevorzugt in mindestens einem Winkel α+β gemessen zur Oberfläche des Lichtleiters, mit 20 Grad < α < 160 Grad und 0 Grad < |β|< 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweisen als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters in einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht. Besonders bevorzugt gilt dies an allen Punkten der Oberfläche des Lichtleiters. Ist etwa der Winkel zu a=90 Grad gewählt, würde man idealerweise senkrecht zum Bildschirm im Modus B2 den dargestellten Bildinhalt sehen und in Winkeln, die um den Betrag β oder mehr von der Senkrechten abweichen, würde die Überblendung des Restlichtes eine Betrachtung unmöglich machen.
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Der Sichtwinkel im Modus B2 kann aber auch abgekippt sein, z.B. zu a=60 oder 70 oder 80 Grad.
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Bei Vorhandensein von Streupartikeln im Lichtleiter können diese aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150 - 500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des Lichtleiters von 0.01 -300 Gew.-ppm eingesetzt werden. Ferner weist in diesem Fall der Lichtleiter keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen auf.
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Alternativ ist es möglich, dass die Lichtleiter jeweils aus einem Matrixkunststoff A und darin verteilten Streupartikeln aus einem Polymerisat B bestehen, wobei der Anteil der Streupartikel bestehend aus Polymerisat B jeweils 0,01 bis 3 Gewichtsprozent bezogen auf den Matrixkunststoff A beträgt, und die Brechzahl nD(B) des Polymerisats B um mindestens 0,01 Einheiten über der Brechzahl nD(A) des Matrixkunststoffs A liegt.
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Sehr vorteilhaft weist der Lichtleiter einen Haze-Wert kleiner als 15%, bevorzugt kleiner als 5%, besonders bevorzugt kleiner als 2% oder kleiner als 1%, gemessen gemäß ASTM D1003, auf.
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Auf der Oberseite des Bildgebers und/oder auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters können Mittel zur Reflexminderung oder -steuerung, beispielsweise eine Antiglare- und/oder ein Antireflexbeschichtung, angeordnet sein. Dabei kann eine Variante von Vorteil sein, bei der die nächste optische Komponente unterhalb des Lichtleiters mindestens eine teilweise reflektierende Oberfläche für in der Betriebsart B1 aus dem Lichtleiter nach unten austretendes Licht aufweist und dadurch derartig nach unten abgestrahltes Licht wenigstens teilweise wieder auf den Lichtleiter zurückreflektiert wird und zumindest teilweise durch diesen hindurch tritt.
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Die Leuchtmittel können weißes Licht abstrahlen. Alternativ ist es möglich, dass die Leuchtmittel Licht in einer Farbe abstrahlen, welche im vom Bildgeber dargestellten Bild nicht vorkommt. Wiederum kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Leuchtmittel Licht in einer Farbe abstrahlen, welche im vom Bildgeber dargestellten Bild vorkommt bzw. im Farbspektrum nahe an einer solchen Farbe liegt. Schließlich ist es denkbar, dass die Leuchtmittel Licht in einer Farbe abstrahlen, die in etwa der Komplementärfarbe einer Farbe, welche im vom Bildgeber dargestellten Bild vorkommt, entspricht.
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Mit „farbigem Licht“ ist insbesondere sichtbares Licht gemeint, welches nicht weiß ist, also z.B. Licht in den Farben rot, grün, blau, türkis, gelb, cyan, magenta oder gelb.
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Ferner kann dieses Licht wahlweise in verschiedenen Helligkeitsstufen abgestrahlt werden. Außerdem ist es möglich, dass die Farbigkeit des von den Leuchtmitteln ausgehenden Lichtes auch zeitlich moduliert wird, etwa in Farbe und/oder Helligkeit. Darüber hinaus können die Leuchtmittel auch mit verschiedenen einzelnen Leuchtmitteln umgesetzt werden, etwa RGB-LEDs in LED-Zeilen, die gleichzeitig oder zeitlich versetzt und/oder räumlich versetzt jeweils Licht unterschiedlicher Farben und/oder unterschiedlicher Helligkeit abstrahlen.
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In der Betriebsart B2 ist das aus schrägen, durch die Winkeleinschränkung geblockten Sichtrichtungen, wahrnehmbare Bild je nach Ausgestaltung der Leuchtmittel dann eine entsprechend gefärbte Fläche, in der Regel jedoch eben nicht eine schwarze oder weiße Fläche, da ja das farbige Licht, welches der Lichtleiter aussendet, aus schräger Betrachtungsrichtung selbst das Restlicht eines hellen Bildinhaltes in derartige geblockte Winkelbereiche sichtbar überstrahlt.
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Wenn der plattenförmiger Lichtleiter keine im Kunststoff verteilten Streupartikel aufweist, bestehen die Auskoppelelemente zur Auskopplung von Licht an mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters aus Mikrolinsen und/oder Mikroprismen und/oder diffraktiven Strukturen und/oder Strukturelementen mit einer maximalen Ausdehnung in ihrer größten Dimension, die kleiner als 15 Mikrometer ist.
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Schließlich kann der Lichtleiter mindestens 40 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bevorzugt mindestens 60 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bezogen auf sein Gewicht, umfassen.
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In allen vorgenannten Ausgestaltungen können die besagten Leuchtmittel LEDs bzw. LED-Zeilen oder Laserdioden sein. Andere Varianten sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung.
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Besonders vorteilhaft findet der erfindungsgemäße Bildschirm Verwendung zur Eingabe oder Anzeige von vertraulichen Daten, beispielweise von PIN-Geheimnummern, E-mails, SMS oder Passwörtern, an Geldautomaten, Zahlungsterminals oder mobilen Geräten.
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Weiterhin können die gewünschten eingeschränkten Winkelbereiche für den Modus B2 für eine eingeschränkte Sicht jeweils für die horizontale und vertikale Richtung unabhängig voneinander definiert und umgesetzt werden. Beispielsweise könnte in der vertikalen Richtung ein größerer Winkel (oder ggf. gar keine Einschränkung) sinnvoll sein, als in der horizontalen Richtung, etwa wenn bei Geldautomaten Personen mit unterschiedlicher Größe ein Bild sehen sollen, während der Seiteneinblick stark oder komplett eingeschränkt bleiben soll. Für POS-Zahlterminals sind hingegen auf Grund von Sicherheitsbestimmungen oftmals Sichteinschränkungen im Modus B2 sowohl in horizontaler als in vertikaler Richtung notwendig. Die Erfindung kann auch im PKW angewendet werden, insbesondere wenn ein Bildschirm wahlweise für den Fahrer erkennbar oder nicht erkennbar sein darf. Letzteres ist z.B. der Fall, wenn der Beifahrer sich Unterhaltungsinhalte anschaut, die den Fahrer ablenken könnten.
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Grundsätzlich bleibt die Leistungsfähigkeit der Erfindung erhalten, wenn die vorbeschriebenen Parameter in bestimmten Grenzen variiert werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale zeigen, näher erläutert. Es zeigt
- 1 eine Prinzipskizze zur Auskopplung von Licht, das seitlich in einen Lichtleiter eingekoppelt wird, in einen großen Raumwinkel,
- 2 eine Prinzipskizze zum Durchgang von Licht, das aus einer Hintergrundbeleuchtung herrührt, durch einen Lichtleiter,
- 3 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Bildschirms der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, bei dem der Bildgeber im Raumwinkel eingeschränktes Licht abstrahlt, wobei das durch den Bildgeber abgestrahlte Licht von Licht aus einem Lichtleiter überlagert wird, um den Sichtschutzeffekt erfindungsgemäß zu verstärken, sowie
- 4 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Bildschirms in der Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus, bei dem der Bildgeber im Raumwinkel nicht eingeschränktes Licht abstrahlt, wobei das durch den Bildgeber abgestrahlte Licht nicht von Licht aus einem Lichtleiter überlagert wird, sondern lediglich durch den Lichtleiter hindurch tritt.
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Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen (in der Regel Schnittdarstellungen) wieder.
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In 1 ist eine Prinzipskizze zur Auskopplung von farbigem Licht, beispielsweise blauem Licht, das seitlich von Leuchtmitteln 4 in einen Lichtleiter 3 - hier nur als kleiner Ausschnitt in Schnittdarstellung gezeigt - eingekoppelt wird, in einen großen Raumwinkel, dargestellt. Die kleinen Punkte stilisieren Streupartikel als Streuzentren für das Licht, welches seitlich von den Leuchtmitteln 4 eingekoppelt wird. Auf Grund von Totalreflexion werden Strahlen des eingekoppelten farbigen Lichts (fett gezeichnete Strahlen) an der Außenwand wieder zurück in den Lichtleiter 3 geworfen, bis sie schließlich auf einen Streupartikel zur gewünschten Auskopplung treffen. Die Auskopplung ist durch die Vielzahl von dünnen Strahlen stilisiert. Die Darstellung in 1 ist zur besseren Erkennbarkeit stark stilisiert; in der Realität ist eine sehr große Vielzahl an Strahlengängen im Lichtleiter 3 umgesetzt.
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2 zeigt eine Prinzipskizze zum Durchgang von Licht, das aus einem (zeichnerisch nicht dargestellten) Bildgeber 5 herrührt, durch einen Lichtleiter 3. Die Streupartikel spielen dabei eine im Wesentlichen vernachlässigbare Rolle, da das Licht aus dem Bildgeber 5 herrührt, d.h. nicht seitlich durch eine Schmalseite von Leuchtmitteln 4 eingekoppelt wird und daher nicht bzw. kaum durch Totalreflexion im Lichtleiter 3 hin und her gelenkt wird.
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3 gibt eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Bildschirms 1 in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus wieder. Dieser umfasst
- - einen Bildgeber 5, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem ein auf dem Bildgeber 5 dargestellter Bildinhalt nur aus einem eingeschränkten Winkelbereich sichtbar ist und außerhalb dieses Winkelbereichs nur eine Restsichtbarkeit vorhanden ist, betrieben werden kann, sowie
- - einen in Betrachtungsrichtung vor dem Bildgeber 5 angeordneten plattenförmigen Lichtleiter 3, welcher aus einem transparenten, thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff und darin verteilten Streupartikeln besteht und/oder an mindestens einer der Großflächen Auskoppelelemente aufweist,
- - wobei ferner seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters 3 Leuchtmittel 4 angeordnet sind,
- - wobei der Lichtleiter 3 für das von der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist,
- - wobei in der Betriebsart B1 die Leuchtmittel 4 ausgeschaltet sind, so dass das vom Bildgeber 5 ausgehende Licht im Wesentlichen unbeeinflusst durch den Lichtleiter 3 hindurchtritt, und
- - wobei in der Betriebsart B2 die Leuchtmittel 4 eingeschaltet sind, so dass das vom Bildgeber 5 ausgehende Licht von Licht überlagert wird, welches der Bildgeber 5 aufgrund der Abstrahlung von Licht aus dem Lichtleiter 3 diffus und/oder gerichtet in den Betrachtungsraum zurückstreut bzw. -reflektiert, und/oder von Licht überlagert wird, welches von dem Lichtleiter 3 flächig über einen oder mehrere Winkelbereiche in den Betrachtungsraum abgestrahlt wird, wodurch die Restsichtbarkeit des auf dem Bildgeber 5 dargestellten Bildinhaltes außerhalb des besagten eingeschränkten Winkelbereiches verringert wird.
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Ein Bildgeber mit den zwei genannten Betriebsmodi kann beispielsweise ein LCD mit einer speziellen Hintergrundbeleuchtung sein, wie sie in den Schriften
WO 2015/121398 oder auch der
US 2013/0308185 vorgeschlagen ist. Das bedeutet, dass der Bildgeber
5 ein transmissiver Bildgeber ist und zur Umschaltung zwischen den Modi B1 und B2 über zwei miteinander verbundene Hintergrundbeleuchtungen verfügt, wobei die eine für den Modus B1 den Bildgeber
5 mit in den Halbraum gerichteten Licht und die andere für den Modus B2 den Bildgeber
5 mit in einem Winkelbereich beschränkten Licht beleuchtet.
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Andere Ausgestaltungen sind selbstverständlich möglich. Alternativ kann der Bildschirm einen Bildgeber umfassen, der andere Mittel zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsmodi B1 und B2 aufweist, etwa solche, die in einem LCD-Panel selbst integriert sind.
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Eine vorgenannte Hintergrundbeleuchtung strahlt in den meisten bekannten Ausgestaltungen in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht zwar in einen eingeschränkten Winkelbereich ab, jedoch ist diese Richtungsselektion bei weitem nicht vollständig, was dazu führt, das man auf einem transmissiven Bildgeber mit einer solchen Hintergrundbeleuchtung selbst aus Schrägsicht immer noch den Bildinhalt vollständig oder zu großen Teilen erkennen kann, wenn auch mit schwacher Helligkeit und/oder mit schwachem Hell-Dunkel-Kontrast. Diese immer noch mögliche Schrägsicht wird auf Grund der Erfindung vollständig oder nahezu vollständig eliminiert: durch die Überlagerung des vom Bildgeber ausgehenden Lichtes mit farbigem Licht, welches der Lichtleiter nunmehr flächig über einen großen Winkelbereich abstrahlt, wird die Restsichtbarkeit eines auf dem Bildgeber dargestellten Bildes außerhalb des besagten eingeschränkten Winkelbereiches massiv verringert, oftmals sogar komplett abgestellt.
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Die besagte Restsichtbarkeit hat unter anderem damit zu tun, dass viele LCD-Panels eine Volumenstreuung und/oder eine streuende Antiglare-Oberfläche aufweisen, die das von hinten eintreffende, in eingeschränkte Raumwinkel gerichtete Licht teilweise streuen, wodurch auch unter schrägen Winkeln eine Restsichtbarkeit gegeben ist.
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In anderen Ausgestaltungen, bei denen die Richtungsselektivität nicht auf Grund der Hintergrundbeleuchtung für den Modus B2 generiert wird, sorgen andere Imperfektionen für das Vorhandensein von Restlicht in die eigentlich für die Sicht geblockten Winkelbereiche.
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Das aus dem Lichtleiter 3 an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches im Modus B2 von den Leuchtmitteln 4 herrührt, sollte bevorzugt in mindestens einem Winkel α+β gemessen zur Oberfläche des Lichtleiters, mit 20 Grad < α < 160 Grad und 0 Grad < |β|< 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweisen als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters 3 in einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters 3 austretende Licht. Besonders bevorzugt gilt dies an allen Punkten der Oberfläche des Lichtleiters 3. Ist etwa der Winkel zu α=90 Grad gewählt, würde man idealerweise senkrecht zum Bildschirm im Modus B2 den dargestellten Bildinhalt sehen und in Winkeln, die um den Betrag β oder mehr von der Senkrechten abweichen, würde die Überblendung des Restlichtes eine Betrachtung unmöglich machen.
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Der Sichtwinkel im Modus B2 kann aber auch abgekippt sein, z.B. zu α=60 oder 70 oder 80 Grad.
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Bei Vorhandensein von Streupartikeln im Lichtleiter 3 können diese aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150 - 500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des Lichtleiters 3 von 0.01 -300 Gew.-ppm eingesetzt werden. Ferner weist in diesem Fall der Lichtleiter 3 keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen auf.
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Alternativ ist es möglich, dass die Lichtleiter 3 jeweils aus einem Matrixkunststoff A und darin verteilten Streupartikeln aus einem Polymerisat B bestehen, wobei der Anteil der Streupartikel bestehend aus Polymerisat B jeweils 0,01 bis 3 Gewichtsprozent bezogen auf den Matrixkunststoff A beträgt, und die Brechzahl nD(B) des Polymerisats B um mindestens 0,01 Einheiten über der Brechzahl nD(A) des Matrixkunststoffs A liegt.
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Sehr vorteilhaft weist der Lichtleiter 3 einen Haze-Wert kleiner als 15%, bevorzugt kleiner als 5%, besonders bevorzugt kleiner als 2% oder kleiner als 1%, gemessen gemäß ASTM D1003, auf.
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Auf der Oberseite des Bildgebers 5 und/oder auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters 3 können Mittel zur Reflexminderung oder -steuerung, beispielsweise eine Antiglare- und/oder ein Antireflexbeschichtung, angeordnet sein. Dabei kann eine Variante von Vorteil sein, bei der die nächste optische Komponente unterhalb des Lichtleiters 3 mindestens eine teilweise reflektierende Oberfläche für in der Betriebsart B1 aus dem Lichtleiter 3 nach unten austretendes Licht aufweist und dadurch derartig nach unten abgestrahltes Licht wenigstens teilweise wieder auf den Lichtleiter 3 zurückreflektiert wird und zumindest teilweise durch diesen hindurch tritt.
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Die Leuchtmittel 4 können weißes Licht abstrahlen. Alternativ ist es möglich, dass die Leuchtmittel 4 Licht in einer Farbe abstrahlen, welche im vom Bildgeber 5 dargestellten Bild nicht vorkommt. Wiederum kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Leuchtmittel 4 Licht in einer Farbe abstrahlen, welche im vom Bildgeber 5 dargestellten Bild vorkommt bzw. im Farbspektrum nahe an einer solchen Farbe liegt. Schließlich ist es denkbar, dass die Leuchtmittel 4 Licht in einer Farbe abstrahlen, die in etwa der Komplementärfarbe einer Farbe, welche im vom Bildgeber 5 dargestellten Bild vorkommt, entspricht.
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Mit „farbigem Licht“ ist insbesondere sichtbares Licht gemeint, welches nicht weiß ist, also z.B. Licht in den Farben rot, grün, blau, türkis, gelb, cyan, magenta oder gelb.
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Ferner kann dieses Licht wahlweise in verschiedenen Helligkeitsstufen abgestrahlt werden.
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Außerdem ist es möglich, dass die Farbigkeit des von den Leuchtmitteln ausgehenden Lichtes auch zeitlich moduliert wird, etwa in Farbe und/oder Helligkeit. Darüber hinaus können die Leuchtmittel auch mit verschiedenen einzelnen Leuchtmitteln umgesetzt werden, etwa RGB-LEDs in LED-Zeilen, die gleichzeitig oder zeitlich versetzt und/oder räumlich versetzt jeweils Licht unterschiedlicher Farben und/oder unterschiedlicher Helligkeit abstrahlen.
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In der Betriebsart B2 ist das aus schrägen, durch die Winkeleinschränkung geblockten Sichtrichtungen, wahrnehmbare Bild je nach Ausgestaltung der Leuchtmittel dann eine entsprechend gefärbte Fläche, in der Regel jedoch eben nicht eine schwarze oder weiße Fläche, da ja das farbige Licht, welches der Lichtleiter aussendet, aus schräger Betrachtungsrichtung selbst das Restlicht eines hellen Bildinhaltes in derartige geblockte Winkelbereiche sichtbar überstrahlt.
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Wenn der plattenförmiger Lichtleiter 3 keine im Kunststoff verteilten Streupartikel aufweist, bestehen die Auskoppelelemente zur Auskopplung von Licht an mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters 3 aus Mikrolinsen und/oder Mikroprismen und/oder diffraktiven Strukturen und/oder Strukturelementen mit einer maximalen Ausdehnung in ihrer größten Dimension, die kleiner als 15 Mikrometer ist.
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Schließlich kann der Lichtleiter 3 mindestens 40 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bevorzugt mindestens 60 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bezogen auf sein Gewicht, umfassen.
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In allen vorgenannten Ausgestaltungen können die besagten Leuchtmittel LEDs bzw. LED-Zeilen oder Laserdioden sein. Andere Varianten sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung.
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Schließlich zeigt 4 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Bildschirms 1 in der Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus, bei dem der Bildgeber 5 im Raumwinkel nicht eingeschränktes Licht abstrahlt (siehe dicke Pfeile), wobei das durch den Bildgeber 5 abgestrahlte Licht nicht von Licht aus einem Lichtleiter 3 überlagert wird, sondern lediglich nahezu unbeeinflusst durch den Lichtleiter 3 hindurch tritt. Die Leuchtmittel 4 sind hier ausgeschaltet.
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Der vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Bildschirm erlaubt praktisch gut umsetzbare Lösungen, um eine sichere Darstellung von Informationen durch einen wahlweise eingeschränkten Betrachtungswinkel zu realisieren, während in einer weiteren Betriebsart eine freie, im Betrachtungswinkel uneingeschränkte, Sicht möglich ist. Die Erfindung ist mit einfachen Mitteln preisgünstig realisierbar. In beiden Betriebsarten ist die native Auflösung der verwendeten Bildwiedergabeeinrichtung nutzbar. Außerdem wird nur ein geringer bzw. je nach Ausgestaltung sogar kein Lichtverlust durch die Lösung eingeführt. Das im sicheren Modus dargestellte Bild erfährt auf Grund des zusätzlichen Lichtes aus den Leuchtmitteln nur eine geringe Verfälschung, wenn überhaupt.
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Die vorangehend beschriebene Erfindung kann vorteilhaft überall da angewendet werden, wo vertrauliche Daten angezeigt und/oder eingegeben werden, wie etwa bei der PIN-Eingabe oder zur Datenanzeige an Geldautomaten oder Zahlungsterminals oder zur Passworteingabe oder beim Lesen von Emails auf mobilen Geräten. Die Erfindung kann auch im PKW angewendet werden, insbesondere wenn ein Bildschirm wahlweise für den Fahrer erkennbar oder nicht erkennbar sein darf. Letzteres ist z.B. der Fall, wenn der Beifahrer sich Unterhaltungsinhalte anschaut, die den Fahrer ablenken könnten.
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Im Gegensatz zu Ausgestaltungen im Stand der Technik, bei denen in der Regel noch eine Restsichtbarkeit auch aus schrägen Winkeln vorhanden ist, erlaubt die Erfindung je nach Ausgestaltung das vollständige Auslöschen der Restsichtbarkeit aus den geblockten Einblickwinkeln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5993940 [0004]
- WO 2012/033583 [0005]
- US 2009/0067156 [0006, 0007, 0008]
- US 2012/0235891 [0009]
- JP 2007155783 [0010]
- GB 2428128 A [0011]
- DE 102014003298 A1 [0013]
- WO 2015/121398 [0017, 0044]
- US 2013/0308185 [0017, 0044]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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