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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge enthaltend eine Lichtquelleneinheit mit einer Anzahl von Lichtquellen, eine Flüssigkristalleinheit enthaltend eine Mehrzahl von Flüssigkristallelementen, ein lichtstromaufwärts und /oder lichtstromabwärts zu der Flüssigkristalleinheit angeordnetes Polarisationsfilter, eine lichtstromabwärts zu der Flüssigkristalleinheit angeordnete Sekundäroptikeinheit zur Abbildung eines ausgangsseitig der Flüssigkristalleinheit ausgebildetes Lichtfeld zu einer vorgegebenen Lichtverteilung.
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Aus der
DE 10 2015 115 339 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die eine Lichtquelleneinheit, eine Flüssigkristalleinheit, eine Sekundäroptikeinheit sowie Polarisationsfilter aufweist. Lichtstromaufwärts zu der Flüssigkristalleinheit ist ein erstes Polarisationsfilter zur Trennung des Lichtes in einen ersten Lichtanteil einer ersten Polarisationsrichtung und in einem zweiten Lichtanteil einer zweiten Polarisationsrichtung, wobei die zweite Polarisationsrichtung um 90° verdreht zu der ersten Polarisationsrichtung ausgerichtet ist, vorgesehen. Mittels eines zusätzlichen Reflektors kann der zweite Lichtanteil, der durch den Polarisationsfilter hindurchgelassen wird, zu einem im Vergleich zum ersten Lichtanteil unterschiedlichen Abschnitt der Flüssigkristalleinheit geführt werden. Sowohl das lichtstromaufwärts angeordnete Polarisationsfilter als auch ein als Analysator ausgebildetes lichtstromabwärts zu der Flüssigkristalleinheit angeordnetes zweite Polarisationsfilter sind in einem Abstand zu der Flüssigkristalleinheit angeordnet. Nachteilig an der bekannten Beleuchtungsvorrichtung ist, dass die Polarisationsfilter zu der Flüssigkristalleinheit ausgerichtet bzw. justiert werden müssen. Der Mess-, Montage- und Justageaufwand ist somit erhöht.
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Aus der
EP 2 937 665 A1 ist es bekannt, einen Analysator auf einer Lichtaustrittsseite der Flüssigkristalleinheit auf eine Substratplatte derselben aufzukleben. Der Analysator ist als eine Polarisationsfolie ausgebildet. Nachteilig hieran ist, dass das Polarisationsfilter aufgrund der mit dem Klebefügeprozess verbundenen Wärmeeinbringung thermisch belastet wird. Darüber hinaus bewirkt jeder optische Übergang zwischen unterschiedlichen Medien, beispielsweise der Übergang in und von der Klebstoffschicht, zusätzliche Lichtstärkeverluste.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Flüssigkristalleinheit und einem Polarisationsfilter derart weiterzubilden, dass die Effektivität weiter erhöht wird, wobei insbesondere der Montage- und Justageaufwand reduziert wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristalleinheit zwei in einem Abstand zueinander angeordnete Substratplatten aufweist, zwischen denen die Flüssigkristallelemente angeordnet sind, und dass das Polarisationsfilter direkt auf mindestens eine der Substratplatten aufgebracht ist.
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Nach der Erfindung ist das Polarisationsfilter direkt auf einer Substratplatte einer Flüssigkristalleinheit aufgebracht, so dass vor Montage der Beleuchtungsvorrichtung eine definierte Relativposition des Polarisationsfilters zu Flüssigkristallelementen der Flüssigkristalleinheit hergestellt wird. Das Polarisationsfilter ist vorzugsweise fest und/oder einstückig mit der Flüssigkristalleinheit bzw. der Substratplatte derselben verbunden. Die Flüssigkristalleinheit und das Polarisationsfilter bilden somit eine gemeinsame Baueinheit, die dann beispielsweise zusammen mit weiteren Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs verbaut wird. Nach der Erfindung wird somit eine integrierte Baueinheit (Flüssigkristalleinheit, Polarisationsfilter) gebildet, die eine der Anzahl der Komponenten entsprechende Anzahl von optischen Funktionen erfüllt. Beispielsweise kann die Flüssigkristalleinheit lichtstromabwärts und/oder lichtstromaufwärts mit einem Polarisationsfilter versehen sein. Auf der Lichtaustrittsseite der Flüssigkristalleinheit dient das Polarisationsfilter als Analysator, so dass die Beleuchtungsvorrichtung beispielsweise für ein Headup-Display genutzt werden kann, an dessen Nutzung vergleichsweise geringe Kontrastanforderungen des Analysators gestellt werden. Das Polarisationsfilter ist direkt, d. h. unmittelbar ohne Ausbildung einer Zwischenschicht (Klebeschicht), an der Substratplatte der Flüssigkristalleinheit angebracht.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Polarisationsfilter ausschließlich durch eine Mehrzahl von langgestreckten Polarisationsmitteln gebildet, die durch Aufdrucken oder durch Ätzen aufgebracht sind. Grundgedanke der Erfindung ist es, die für die Polarisation verantwortlichen Komponenten eines Polarisationsfilters unmittelbar an der Substratplatte anzuordnen, ohne dass zwischen dem Polarisationsmittel und der Substratplatte einen weiteren Materialübergang, beispielsweise Luftübergang oder Klebeschichtübergang, auftritt. Die direkte Anlage der Polarisationsmittel des Polarisationsfilters an der Substratplatte verringert die Lichtverluste bzw. erhöht die lichttechnische Effektivität. Die Polarisationsmittel können mittels eines beliebigen Fügeverfahrens direkt auf die Substratplatte aufgebracht werden. Vorzugsweise werden die Polarisationsmittel durch Aufdrucken oder durch Ätzen oder durch lediglich randseitiges Befestigen derselben an der Substratplatte aufgebracht.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Polarisationsmittel des Polarisationsfilters als Metalldrähte ausgebildet, die mittels eines Legewerkzeuges oder mittels einer Düse um einen vorgegebenen Abstand parallel versetzt zueinander auf die Substratplatte aufgebracht werden. Beispielsweise kann der Metalldraht als Federdraht, Runddraht oder flacher Metallstreifen ausgebildet sein.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Polarisationsfilter ausschließlich durch die langgestreckten Polarisationsmittel gebildet, die parallel zueinander verlaufen. Ein Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Polarisationsmitteln bzw. Polarisationsstreifen wird lediglich durch Luft ausgefüllt. Die Polarisationsmittel sind somit direkt auf die Substratplatte der Flüssigkristalleinheit aufgebracht, so dass das Polarisationsfilter kein eigenes bzw. gesondertes Substrat aufweist. Die Substratplatte der Flüssigkristalleinheit bildet quasi das Substrat des Polarisationsfilters. Vorteilhaft kann somit ein Bauteil der Flüssigkristalleinheit als ein Substrat für Polarisationsmittel des Polarisationsfilters dienen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die langgestreckten Polarisationsmittel trägerfrei auf die Substratplatte der Flüssigkristalleinheit aufgebracht. Die Substratplatte der Flüssigkristalleinheit bildet hierbei das Substrat bzw. der Träger für die Polarisationsm ittel.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung steht mindestens 50 % einer Umfangsfläche der langgestreckten Polarisationsmittel mit Luft in Kontakt. Maximal 50 % der Umfangsfläche der langgestreckten Polarisationsmittel ist direkt in Kontakt mit der Substratplatte der Flüssigkristalleinheit.
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Die Polarisationsmittel können form- und/oder stoffschlüssig auf der Substratplatte aufgebracht sein. Die Polarisationsmittel können nach Fertigstellung der Flüssigkristalleinheit oder während der Fertigstellung der Flüssigkristalleinheit auf die Substratplatte aufgebracht werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist lichtstromaufwärts zu dem an der Substratplatte befestigten Polarisationsfilter ein weiteres Polarisationsfilter als Trennpolarisationsfilter angeordnet. Der an der Flüssigkristalleinheit integrierte Polarisationsfilter dient zur Verbesserung der Polarisationsgüte. Vorteilhaft kann hierdurch die an einem Polarisationsfilter verminderte Polarisationsgüte eines reflektierten Lichtanteils ausgeglichen werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Polarisationsfilter lediglich auf einer Lichteintrittsseite der Flüssigkristalleinheit unmittelbar an derselben angeordnet. Lichtausgangsseitig der Flüssigkristalleinheit ist ein Polarisationsfilter als Analysator in einem Abstand zu der Flüssigkristalleinheit angeordnet, so dass die vorgegebene Kontrastanforderung des Lichtes erfüllt werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,
- 2 einen Querschnitt durch eine Flüssigkristalleinheit und einen lichteingangsseitig zu derselben angeordneten Polarisationsfilter,
- 3 eine Draufsicht auf eine Lichteingangsseite der Flüssigkristalleinheit und
- 4 einen vergrößerten Teil-Querschnitt durch die aus der Flüssigkristalleinheit und dem Polarisationsfilter gebildete Baueinheit in einem Übergangsbereich zwischen der Flüssigkristalleinheit und dem Polarisationsfilter.
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Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung kann als Scheinwerfer zur Erzeugung unterschiedlicher Lichtverteilungen, beispielsweise Abblendlicht-, Stadtlicht-, Autobahnlicht-, Fernlichtverteilung oder dergleichen eingesetzt werden.
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Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtquelleneinheit 1 mit einer Mehrzahl von Lichtquellen 2 zur Abstrahlung von unpolarisierten Licht 3 auf. Die Lichtquellen 2 sind auf einer gemeinsamen, vorzugsweise starren, Trägerplatte 4 angeordnet. Die Lichtquellen 2 sind matrixartig in einem ebenen Lichtquellenfeld angeordnet. Die Lichtquellen 2 können als LED-Lichtquellen oder als Laserlichtquellen oder als andere halbleiterbasierte Lichtquellen ausgebildet sein.
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In Hauptabstrahlrichtung H vor der Lichtquelleneinheit 1 ist eine Primäroptikeinheit 5 mit einer Mehrzahl von jeweils einer Lichtquelle 2 zugeordneten Primäroptikelementen 6 angeordnet. Die Primäroptikelemente 6 sind achsparallel zueinander angeordnet und weisen jeweils vorzugsweise lichtausgangsseitig unterschiedlich ausgebildete Optikflächen auf. Die Primäroptikelemente 6 lenken somit das Licht 3 in unterschiedliche Richtungen um, so dass in Abhängigkeit von der Ansteuerung der Lichtquellen 2 ein Lichtschwerpunkt des von der Primäroptikeinheit 5 abgestrahlten Lichtbündels in horizontaler Ebene verschoben werden kann. Die Primäroptikelemente 6 können beispielsweise als Linsen oder Reflektoren ausgebildet sein. In Hauptabstrahlrichtung H vor der Primäroptikeinheit 5 ist ein Polarisationsfilter 7, eine Flüssigkristalleinheit 8, ein Analysator 9 sowie eine Sekundäroptikeinheit 10 angeordnet. Lichtstromaufwärts zu der Flüssigkristalleinheit 8 ist das Polarisationsfilter 7 angeordnet. Lichtstromabwärts zu der Flüssigkristalleinheit 8 ist der Analysator 9 angeordnet. Lichtstromabwärts zu dem Analysator 9 ist die Sekundäroptikeinheit 10 angeordnet.
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Die Flüssigkristalleinheit 8 weist eine Mehrzahl von Flüssigkristallelementen 11 auf, die einzeln ansteuerbar ist. In Abhängigkeit von der Ansteuerung der einzelnen Flüssigkristallelemente 11 kann im Zusammenwirken mit dem Polarisationsfilter 7 und dem Analysator 9 ein entsprechend der vorgegebenen Lichtfunktion konturiertes Lichtfeld 12 erzeugt werden, das mittels der Sekundäroptikeinheit 10 in das Fahrzeugvorfeld abgebildet wird. Die Sekundäroptikeinheit 10 kann beispielsweise eine Linse 10' bzw. ein aus mehreren Linsensegmenten bestehendes Linsensystem aufweisen.
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Der Analysator 9, der als Polarisationsfilter ausgebildet ist, ist in einem Abstand a zu einer Lichtausgangsseite 13 der Flüssigkristalleinheit 8 angeordnet.
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Das Polarisationsfilter 7 ist nicht beabstandet zu einer Lichteingangsseite 14 der Flüssigkristalleinheit 8 angeordnet.
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Wie besser aus 2 zu ersehen ist, liegt das Polarisationsfilter 7 unmittelbar an einer Lichteingangsfläche 15 der Flüssigkristalleinheit 8 an.
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Die Flüssigkristalleinheit 8 besteht aus in einer Erstreckungsebene E der Flüssigkristalleinheit 8 verteilt angeordneten Flüssigkristallelementen 11 bzw. Flüssigkristallzellen, die jeweils einzeln elektrisch ansteuerbar sind, so dass in Abhängigkeit vom Schaltzustand der Flüssigkristallelemente 11 das mittels des Polarisationsfilters 7 linear polarisierte Licht um 90° gedreht wird oder nicht. Je nach Schaltzustand des Flüssigkristallelementes 11 entsteht somit ein Lichtpunkt oder ein dunkler Punkt (Blendpunkt). In Abhängigkeit von dem Schaltzustand der Flüssigkristallelemente 11 wird somit von denselben jeweils Licht durchgelassen oder nicht Licht durchgelassen.
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Die Flüssigkristallelemente 11 weisen jeweils eine Flüssigkristallschicht 16 auf, die an gegenüberliegenden Seiten durch eine vorzugsweise gleich ausgebildete lichtstromaufwärts angeordnete Substratplatte 17, und eine lichtstromabwärts angeordnete Substratplatte 17' abgedeckt ist. Die Substratplatten 17, 17' können beispielsweise jeweils als Glassubstratplatte ausgebildet sein. Alternativ können die Substratplatten 17, 17' auch durch einen transparenten Kunststoff gebildet sein. Gegebenenfalls können die Substratplatten 17, 17' zusätzlich mit auf einer der Flüssigkristallschicht 16 abgewandten Seite mit einer Oberflächenbeschichtung, vorzugsweise zur Filterung, versehen sein.
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Nach der Erfindung ist eine Oberfläche 18 der lichtstromaufwärts angeordneten Substratplatte 17 mit dem Polarisationsfilter 7 versehen. Das Polarisationsfilter 7 weist nach einer bevorzugten Ausführungsform lediglich die Polarisationsmittel 19 zur Polarisation des Lichtes 3 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Polarisationsmittel 19 als langgestreckte Metalldrähte ausgebildet, mittels derer eine lineare Polarisation des Lichtes 3 bewirkt wird. Die Metalldrähte können beispielsweise als Federdraht, Runddraht oder flacher Metallstreifendraht ausgebildet sein.
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Die relativ dünnen Metalldrähte im µm-Bereich, können durch Aufdrucken oder durch Ätzen auf die Oberfläche 18 der Substratplatte 17 aufgebracht sein. Dieser Auftragungs- und/oder Befestigungsvorgang kann während der Herstellung der Flüssigkristalleinheit 8 oder nach Fertigstellung der Flüssigkristalleinheit 8 erfolgen.
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Die Polarisationsmittel 19 können formschlüssig und/oder kraftschlüssig auf die Oberfläche 18 der Substratplatte 17 aufgebracht sein.
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Wesentlich ist, dass die Polarisationsmittel 19 direkt auf der Substratplatte 17 zur Anlage kommen, ohne dass eine zusätzliche Zwischenschicht zwischen den Polarisationsmitteln 19 und der Flüssigkristalleinheit 8 entsteht.
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Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, sind die langgestreckten Polarisationsmittel 19 parallel zueinander und jeweils geradlinig verlaufend angeordnet. Das Polarisationsfilter 7 wird ausschließlich durch die Polarisationsmittel 19 gebildet, so dass das Polarisationsfilter 7 trägerfrei ausgebildet ist. Als Träger für die Polarisationsmittel 19 dient die Substratplatte 17 der Flüssigkristalleinheit 8.
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Die langgestreckten Polarisationsmittel 19 sind in einem Abstand b zueinander angeordnet, wobei ein Zwischenraum 20 zwischen den benachbarten Polarisationsmitteln 19 durch Luft gebildet ist. Mindestens 50 % einer Umfangsfläche der langgestreckten Polarisationsmittel 19 steht mit Luft in Kontakt. Weniger als 50 % der Umfangsfläche der Polarisationsmittel 19 steht mit der Substratplatte 17 der Flüssigkristalleinheit 8 in Kontakt. Auf einer der Substratplatte 17 der Flüssigkristalleinheit 8 zugewandten Seite des Polarisationsfilters 6 weisen die Polarisationsmittel 19 somit eine Kontaktfläche auf, die an der Substratplatte 17 der Flüssigkristalleinheit 8 anhaftet. Auf einer der Substratplatte 17 abgewandten Seite weisen die langgestreckten Polarisationsmittel 19 jeweils eine Freifläche auf, die lediglich von Luft umgeben ist.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, bilden die Polarisationsmittel 19 jeweils Erhebungen an einer Flachseite bzw. an der Oberfläche 18 der Substratplatte 17.
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Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die langgestreckten Polarisationsmittel 19 auch lediglich durch längsseitiges Anformen derselben mit der Substratplatte 17 fest verbunden sein. Beispielsweise können die langgestreckten Polarisationsmittel 19 längsseitig angespritzt sein, so dass sich an gegenüberliegenden Längsseiten 21 der langgestreckten Polarisationsmittel 19 Befestigungszwickel 22 vorgesehen sind, die sich vorzugsweise durchgehend von einer Stirnseite der langgestreckten Polarisationsmittel 19 zu der gegenüberliegenden Stirnseite derselben erstrecken. Die Befestigungszwickel 22 können beispielsweise durch Anspritzen von einem haftenden Kunststoffmaterial gebildet sein. Gegebenenfalls können die Befestigungszwickel 22 auch in Längserstreckung der Polarisationsmittel 19 unterbrochen ausgebildet sein, d. h. entlang der langgestreckten Polarisationsmittel 19 erstrecken sich vorzugsweise in einem gleichen Abstand eine Mehrzahl von Befestigungszwickel 22.
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Wie aus 2 zu ersehen ist, weisen die gegenüberliegenden Substratplatten 17 einen Abstand c zueinander auf. In dem so gebildeten Zwischenraum zwischen den parallel angeordneten Substratplatten 17 erstreckt sich das Flüssigkristallmaterial 16.
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Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Flüssigkristalleinheit 8 auf einer Lichtausgangsseite 13 derselben mit dem Analysator 9 versehen sein. Der Analysator 9 würde - wie das Polarisationsfilter 7 - unmittelbar auf der Substratplatte 17' der Flüssigkristalleinheit 8 anliegen. Bei einer solchen Variante hätten die Polarisationsmittel des Analysator 9 einen geringen oder keinen Abstand zu einer Oberfläche 18' der Substratplatte 17'. Die damit verbundenen Kontrasteinbußen können beispielsweise bei einer Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung eines Headup-Displays (Darstellung von Verkehrszeichen und Informationen auf der Windschutzscheibe) eingesetzt werden.
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Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Beleuchtungsvorrichtung entsprechend der in der
DE 10 2015 115 339 A1 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung einen Trennpolarisator und einen Reflektor in Hauptabstrahlrichtung
H vor der Flüssigkristalleinheit
8 aufweisen. Hierdurch können zwei senkrecht polarisierte Strahlengänge erzeugt werden. Nach der Erfindung kann die Flüssigkristalleinheit
8 auf der dem Trennpolarisator bzw. Reflektor zugewandten Seite, und zwar auf der Oberfläche derselben den Polarisationsfilter
7 aufweisen. Dieser würde als zweiter Polarisationsfilter dienen, der die Polarisationsgüte der in der
DE 10 2015 115 339 A1 beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung weiter erhöhen würde. Denn die Polarisationsgüte bei Polarisationsfiltern ist bei transmittierendem Licht wesentlich höher als bei reflektierendem Licht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtquelleneinheit
- 2
- Lichtquellen
- 3
- Licht
- 4
- Trägerplatte
- 5
- Primäroptikeinheit
- 6
- Primäroptikelement
- 7
- Polarisationsfilter
- 8
- Flüssigkristallelement
- 9
- Analysator
- 10, 10'
- Sekundäroptikeinheit/Linse
- 11
- Flüssigkristallelemente
- 12
- Lichtfeld
- 13
- Lichtausgangsseite
- 14
- Lichteingangsseite
- 15
- Lichteingangsfläche
- 16
- Flüssigkristallschicht
- 17,17'
- Substratplatte
- 18
- Oberfläche
- 19
- Polarisationsm ittel
- 20
- Zwischenraum
- 21
- Längsseiten
- 22
- Befestigungszwickel
- H
- Hauptabstrahlrichtung
- a,b,c
- Abstand
- E
- Erstreckungsebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015115339 A1 [0002, 0036]
- EP 2937665 A1 [0003]
