DE102019009071A1 - Lighting device with at least two operating modes - Google Patents

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André HEBER
Andreas Bregulla
Yannick Bourgin
Juliane Füßel
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    • G02B6/0068Arrangements of plural sources, e.g. multi-colour light sources

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (1a), die in mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 betrieben werden kann, umfassend Hintergrundbeleuchtung (2), die Licht mit einem ersten Merkmal abstrahlt, einen in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegenen, plattenförmigen Lichtleiter (3), welcher auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb seines Volumens Auskoppelelemente (6) aufweist, wobei der Lichtleiter (3) für das von der Hintergrundbeleuchtung (2) ausgehende Licht zu mindestens 70% transparent ist, seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters (3) angeordnete Leuchtmittel (4), wobei eine Verteilung der Auskoppelelemente (6) auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters (3) so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln (4) in den Lichtleiter (3) eingestrahltes und von den Auskoppelelementen (6) aus dem Lichtleiter (3) ausgekoppeltes Licht mindestens ein zweites Merkmal aufweist, das sich von dem ersten Merkmal unterscheidet, und dass solches ausgekoppeltes Licht gleichzeitig eine erste und eine zweite Polarisationsart aufweist, ein in Betrachtungsrichtung vor dem plattenförmigen Lichtleiter (3) gelegenes optisches Element (7), welches Licht der ersten Polarisationsart transmittiert und Licht der zweiten Polarisationsart reflektiert, ein in Betrachtungsrichtung hinter dem plattenförmigen Lichtleiter (3) gelegenes optisches Element (8), welches Licht wahlweise ganz oder teilweise reflektiert und/oder transmittiert, wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung (2) ein- und die Leuchtmittel (4) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel (4) eingeschaltet sind, so dass in der Betriebsart B2 ausschließlich Licht der Hintergrundbeleuchtung (2) mit dem ersten Merkmal aus der Beleuchtungseinrichtung (1a) abgegeben wird, und so dass in der Betriebsart B1 mindestens Licht aus dem Lichtleiter (3) aus der Beleuchtungseinrichtung (1a) abgegeben wird, wobei dieses Licht mindestens teilweise Licht der ersten Polarisationsart umfasst und mindestens das zweite Merkmal aufweist.Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung (1a) ergibt im Zusammenspiel mit einem transmissiven Bildgeber (5) einen vorteilhaften Bildschirm (1), bei dem die vorgenannten Betriebsarten ermöglicht werden.The invention relates to a lighting device (1a) which can be operated in at least two operating modes B1 and B2, comprising background lighting (2) which emits light with a first feature, a plate-shaped light guide (3) located in front of the background lighting (2) in the viewing direction ), which has decoupling elements (6) on at least one of the large surfaces and / or within its volume, the light guide (3) being at least 70% transparent for the light emanating from the background lighting (2), laterally on the narrow sides of the light guide (3 ) arranged illuminants (4), wherein a distribution of the decoupling elements (6) on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide (3) is predetermined so that the light sources (4) radiate into the light guide (3) and The light decoupled from the light guide (3) by the decoupling elements (6) has at least one second feature that differs from that first feature differentiates, and that such coupled-out light simultaneously has a first and a second type of polarization, an optical element (7) located in front of the plate-shaped light guide (3) in the viewing direction, which transmits light of the first type of polarization and reflects light of the second type of polarization, an in Viewing direction behind the plate-shaped light guide (3) located optical element (8) which optionally reflects and / or transmits light entirely or partially, with the background lighting (2) switched on and the illuminants (4) switched off in operating mode B2, and where in operating mode B1 at least the lamps (4) are switched on, so that in operating mode B2 only light from the background lighting (2) with the first feature is emitted from the lighting device (1a), and so that in operating mode B1 at least light from the Light guide (3) emitted from the lighting device (1a) w This light at least partially comprises light of the first type of polarization and has at least the second feature. The lighting device (1a) according to the invention, in conjunction with a transmissive imager (5), results in an advantageous screen (1) in which the aforementioned operating modes are enabled.

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

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.In recent years, great advances have been made in widening the viewing angle in LCDs. However, there are often situations in which this very large viewing area of a screen can be a disadvantage. Information is also increasingly available on mobile devices such as notebooks and tablet PCs, such as bank details or other personal details and sensitive data. Accordingly, people need control over who can see this sensitive data; You have to be able to choose between a wide viewing angle in order to share information on your display with others, e.g. when looking at vacation photos or for advertising purposes. On the other hand, you need a small viewing angle if you want to treat the image information confidentially.

Eine ähnliche Problemstellung ergibt sich im Fahrzeugbau: Dort darf der Fahrer bei eingeschaltetem Motor nicht durch Bildinhalte, wie etwa digitale Entertainmentprogramme, abgelenkt werden, während der Beifahrer selbige jedoch auch während der Fahrt konsumieren möchte. Mithin wird ein Bildschirm benötigt, der zwischen den entsprechenden Darstellungsmodi umschalten kann.A similar problem arises in vehicle construction: When the engine is switched on, the driver must not be distracted by image content, such as digital entertainment programs, while the front passenger wants to consume it while driving. A screen is therefore required that can switch between the corresponding display modes.

Stand der TechnikState of the art

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.Additional films based on micro-lamellas have already been used for mobile displays in order to achieve their optical data protection. However, these foils were not switchable, they always had to be put on by hand and then removed again. You also have to transport them separately to the display when you don't need them. A major disadvantage of using such lamellar foils is also associated with the associated loss of light.

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.The U.S. 6,765,550 describes such a privacy screen through micro-slats. The greatest disadvantage here is the mechanical removal or mechanical attachment of the filter as well as the loss of light in protected mode.

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.In the U.S. 5,993,940 describes the use of a film with evenly arranged, small prism strips on its surface in order to achieve a privacy mode. Development and production are quite complex.

In der WO 2012/033583 wird die Umschaltung zwischen freier und eingeschränkter Sicht vermittels der Ansteuerung von Flüssigkristallen zwischen sogenannten „chromonischen“ Schichten erzeugt. Hierbei entsteht ein Lichtverlust und der Aufwand ist recht hoch.In the WO 2012/033583 the switch between free and restricted view is generated by controlling liquid crystals between so-called "chromonic" layers. This results in a loss of light and the effort involved is quite high.

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.The font US 2009/0067156 discloses a variety of ideas for designing a lighting system and a display device. The ones there in the 3A and 3B The variant shown uses in particular two backlights, so-called backlights, consisting of wedge-shaped light guides, and an LCD panel, the rear backlight 40 necessarily having to generate a wide illumination angle and the front backlight 38 a narrow illumination angle. However, it remains unclear how the backlight 38 is supposed to generate a narrow angle of illumination without the light with a wide angle of illumination, which originates from the backlight 40, being essentially converted into light with a narrow angle of illumination when passing through the backlight 38.

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.To design according to 5 the US 2009/0067156 it should be noted that both light guides 46 and 48 each produce “narrow light”, that is to say light with a narrow angle of illumination. The light of the light guide 48 is only converted into “wide light”, that is to say light with a wide angle of illumination, by a partial mirror 50, which is complex to produce with prismatic structures. This conversion cuts the light intensity extremely, as the light which is initially emitted in a narrow angle of illumination, which is the only light available, is then fanned out into a large angle of illumination, usually the half-space. As a result, depending on the parameters, the brightness is reduced by a factor of 5 or more (based on the luminance). So it is a practically irrelevant design.

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.In the design according to 7th the US 2009/0067156 a phosphor layer is absolutely necessary, this should convert UV light into visible light. This effort is great and if there is a desire for sufficient light from the backlight to illuminate an LCD panel in a legible manner, very high intensities of UV light are required. This is therefore expensive, time-consuming and impractical in terms of shielding the required UV radiation.

Die US 2012/0235891 beschreibt ein sehr aufwändiges Backlight in einem Bildschirm. Dort kommen gemäß 1 und 15 nicht nur mehrere Lichtleiter zum Einsatz, sondem 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.The US 2012/0235891 describes a very complex backlight in a screen. There come according to 1 and 15th Not only several light guides are used, but also other complex optical elements such as microlens elements 40 and prismatic structures 50, which transform the light from the rear lighting on the way to the front lighting. This is expensive and time-consuming to implement and also associated with loss of light. According to the variant after 17th in the US 2012/0235891 Both light sources 4R and 18 produce light with a narrow angle of illumination, the light from the rear light source 18 only being converted into light with a large angle of illumination in a complex manner. This complex transformation is - as already noted above - strongly reducing the brightness.

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.According to the JP 2007-155783 special optical surfaces 19, which are complex to calculate and manufacture, are used, which then deflect light into various narrow or wide areas depending on the angle of incidence of light. These structures are similar to Fresnel lenses. There are also interference edges that deflect light in undesired directions. It therefore remains unclear whether really sensible light distributions can be achieved.

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.According to the teaching of the GB 2428128 A Additional light sources that are clearly distant from the screen and illuminate a hologram attached to the screen are used to achieve a restricted view in order to superimpose the side view with special wavelengths. Disadvantages here are the required distance between the light sources and the screen and the effort involved in producing corresponding holograms.

In der US 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 einer 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 Restlicht sichtbar ist.In the US 2013/0308185 describes a special, stepped light guide that emits light over a large area in different directions, depending on the direction from which it is illuminated from a narrow side. In interaction with a transmissive image display device, for example an LC display, a screen that can be switched between free and restricted viewing mode can thus be generated. The disadvantage here is, among other things, that the restricted visual effect can be generated either only for left / right or for up / down, but not for left / right / up / down at the same time, as is necessary for certain payment transactions, for example. In addition, residual light is still visible from blocked viewing angles in restricted viewing mode.

Die WO 2015/121398 der Anmelderin beschreibt einen Bildschirm der eingangs beschriebenen Art. Dort sind für die Umschaltung der Betriebsarten essentiell Streupartikel im Volumen des entsprechenden Lichtleiters vorhanden. Die dort gewählten Streupartikel aus einem Polymerisat weisen jedoch in der Regel den Nachteil auf, dass Licht aus beiden Großflächen ausgekoppelt wird, wodurch etwa die Hälfte des Nutzlichtes in die falsche Richtung, nämlich zur Hintergrundbeleuchtung hin, abgestrahlt und dort aufgrund des Aufbaus nicht in hinreichendem Umfang recycelt werden kann. Überdies können die im Volumen des Lichtleiters verteilten Streupartikel aus Polymerisat unter Umständen, insbesondere bei höherer Konzentration, zu Streueffekten führen, die den Sichtschutzeffekt in der geschützten Betriebsart vermindern. The WO 2015/121398 the applicant describes a screen of the type described at the outset. There, scatter particles are essentially present in the volume of the corresponding light guide for switching the operating modes. The scattering particles selected there from a polymer, however, usually have the disadvantage that light is coupled out from both large surfaces, so that about half of the useful light is emitted in the wrong direction, namely towards the background lighting, and is not there to a sufficient extent due to the structure can be recycled. In addition, the polymer scattering particles distributed in the volume of the light guide can, under certain circumstances, especially at a higher concentration, lead to scattering effects which reduce the visual protection effect in the protected operating mode.

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.The aforementioned methods and arrangements generally have the disadvantage that they significantly reduce the brightness of the basic screen and / or require an active, but at least a special, optical element for mode switching and / or require complex and expensive production and / or reduce the resolution in freely viewable mode.

In vielen Fällen kann darüber ein als Polarisations-Recycling bekannter optischer Effekt nicht genutzt werden.In many cases, an optical effect known as polarization recycling cannot be used.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung zu beschreiben, welche flächig verteiltes Licht mindestens zweier verschiedener Merkmale wahlweise umschalten und/oder kombinieren kann, dieses in einer definierten Polarisation auszugeben und gleichzeitig in der Beleuchtungseinrichtung vorhandenes Licht, welches nicht die definierte Polarisation aufweist, mindestens teilweise derart zu recyceln, dass es schließlich mit der definierten Polarisation ausgekoppelt wird.It is therefore the object of the invention to describe a lighting device which can switch and / or combine flatly distributed light of at least two different features, output it in a defined polarization and at least light present in the lighting device which does not have the defined polarization partially to be recycled in such a way that it is finally coupled out with the defined polarization.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer Beleuchtungseinrichtung, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 betrieben werden kann, umfassend

  • - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung, die Licht mit einem ersten Merkmal abstrahlt (dieses Licht kann polarisiert oder unpolarisiert sein),
  • - einen in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung gelegenen, plattenförmigen Lichtleiter, welcher auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb seines Volumens Auskoppelelemente aufweist, wobei der Lichtleiter für das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht zu mindestens 70% transparent ist,
  • - seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters angeordnete Leuchtmittel,
  • - wobei eine Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln in den Lichtleiter eingestrahltes und von den Auskoppelelementen aus dem Lichtleiter ausgekoppeltes Licht mindestens ein zweites Merkmal aufweist, das sich von dem ersten Merkmal unterscheidet, und das solches ausgekoppeltes Licht gleichzeitig eine erste und eine zweite Polarisationsart aufweist,
  • - ein in Betrachtungsrichtung vor dem plattenförmigen Lichtleiter gelegenes erstes optisches Element, welches Licht der ersten Polarisationsart transmittiert und Licht der zweiten Polarisationsart reflektiert,
  • - ein in Betrachtungsrichtung hinter dem plattenförmigen Lichtleiter gelegenes zweites optisches Element, welches in einer ersten Alternative als schaltbarer Spiegel ausgebildet ist und aus Richtung des Lichtleiters herrührendes Licht wahlweise reflektiert, welches in einer zweiten Alternative permanent Licht gleichzeitig teilweise reflektiert und transmittiert, oder welches in einer dritten Alternative Licht polarisationsabhängig reflektiert und/oder transmittiert,
  • - wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung ein- und die Leuchtmittel ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel eingeschaltet sind,
  • - so dass in der Betriebsart B2 ausschließlich Licht der Hintergrundbeleuchtung mit dem ersten Merkmal aus der Beleuchtungseinrichtung abgegeben wird, und so dass in der Betriebsart B1 mindestens Licht aus dem Lichtleiter aus der Beleuchtungseinrichtung abgegeben wird, wobei dieses Licht mindestens teilweise Licht der ersten Polarisationsart umfasst und mindestens das zweite Merkmal aufweist.
According to the invention, this object is achieved by a lighting device which can be operated in at least two operating modes B1 and B2
  • - an extensive backlight that emits light with a first characteristic (this light can be polarized or unpolarized),
  • - A plate-shaped light guide located in front of the background lighting in the viewing direction, which has decoupling elements on at least one of the large areas and / or within its volume, the light guide being at least 70% transparent to the light emanating from the background lighting,
  • - illuminants arranged laterally on the narrow sides of the light guide,
  • - wherein a distribution of the decoupling elements on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide is specified so that the light emitted by the illuminants into the light guide and decoupled from the light guide by the decoupling elements has at least one second feature that differs from the distinguishes the first feature, and such coupled-out light simultaneously has a first and a second type of polarization,
  • - a first optical element located in front of the plate-shaped light guide in the viewing direction, which transmits light of the first type of polarization and reflects light of the second type of polarization,
  • - A second optical element located behind the plate-shaped light guide in the viewing direction, which is designed as a switchable mirror in a first alternative and optionally reflects light originating from the direction of the light guide, which in a second alternative permanently reflects and partially transmits light at the same time, or which in a third alternative light reflected and / or transmitted depending on polarization,
  • - where in operating mode B2 the background lighting is switched on and the illuminants are switched off, and where in operating mode B1 at least the illuminants are switched on,
  • - so that in the operating mode B2 only light of the background lighting with the first feature is emitted from the lighting device, and so that in the operating mode B1 at least light is emitted from the light guide from the lighting device, this light at least partially comprising light of the first type of polarization and has at least the second feature.

Die beiden Betriebsarten B1 und B2 unterscheiden sich insbesondere dadurch, dass in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung ein- und die Leuchtmittel (an den Schmalseiten des Lichtleiters) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel (an den Schmalseiten des Lichtleiters) eingeschaltet sind. Dabei wird nur Licht berücksichtigt, was ursprünglich von den Leuchtmitteln in den Lichtleiter eingestrahlt und von diesem anschließend wieder über die Auskoppelelemente abgestrahlt wurde, wobei die Abstrahlung nahezu ausschließlich über die Auskoppelemente erfolgt.The two operating modes B1 and B2 differ in particular in that in operating mode B2 the background lighting is switched on and the light sources (on the narrow sides of the light guide) are switched off, and in operating mode B1 at least the light sources (on the narrow sides of the light guide) are switched on are. In this case, only light is taken into account that was originally radiated into the light guide by the lighting means and then emitted again from it via the decoupling elements, the emission taking place almost exclusively via the decoupling elements.

Für die erste und zweite Polarisation kommen insbesondere zwei senkrecht zueinander stehende, lineare Polarisationen in Frage. Es ist aber auch möglich, andere Polarisationsarten zu verwenden, wie etwa zirkular und/oder elliptisch.Two linear polarizations that are perpendicular to one another are particularly suitable for the first and second polarization. However, it is also possible to use other types of polarization, such as circular and / or elliptical.

Für die Erfindung ist wesentlich, dass Licht der zweiten Polarisation durch das erste optische Element in Richtung des zweiten optischen Elements zurückgeworfen wird und somit zunächst in der Beleuchtungseinrichtung verbleibt. Da aus einem Lichtleiter in einer wie vorstehend beschriebenen Beleuchtungseinrichtung regelhaft kein polarisiertes Licht ausgekoppelt wird, würde dieses Licht der zweiten Polarisation normalerweise für die Nutzbilanz verloren gehen. Erfindungsgemäß wird dieses jedoch reflektiert, geht dann durch den Lichtleiter hindurch und wird dann aufgrund des zweiten optischen Elements teilweise oder ganz in Richtung des ersten optischen Elements zurückgeworfen.It is essential for the invention that light of the second polarization is reflected back by the first optical element in the direction of the second optical element and thus initially remains in the lighting device. Since as a rule no polarized light is coupled out of a light guide in a lighting device as described above, this light of the second polarization would normally be lost for the useful balance. According to the invention, however, this is reflected, then passes through the light guide and is then partly or wholly reflected in the direction of the first optical element due to the second optical element.

Aufgrund von Streuung und damit verbundener Polarisationszerstörung (z.B. durch Streuung an einer Oberfläche im Aufbau, an den Auskoppelelementen und/oder im Volumen des Lichtleiters) und/oder, in weiter unten noch beschriebenen Ausgestaltungen, direkter Polarisationsänderung durch eine oder mehrere dedizierte Schichten (wie etwa Wellenplatten), enthält das dann mindestens teilweise wieder in Richtung des ersten optischen Elements zurückreflektierte Licht mindestens teilweise die erste Polarisationseigenschaft, so dass der entsprechende Lichtanteil durch das erste optische Element hindurchdringen und als Nutzlicht mit der ersten Polarisation verwendet werden kann.Due to scattering and the associated destruction of polarization (e.g. through scattering on a surface in the structure, on the coupling-out elements and / or in the volume of the light guide) and / or, in embodiments described below, direct polarization change through one or more dedicated layers (such as Wave plates), the light then at least partially reflected back in the direction of the first optical element contains at least partially the first polarization property, so that the corresponding light component can penetrate through the first optical element and can be used as useful light with the first polarization.

Auf diese Weise wird mindestens ein Teil des Lichts recycelt, welches mit der zweiten Polarisation auf das erste optische Element trifft.In this way, at least part of the light that hits the first optical element with the second polarization is recycled.

Weiterhin wird aufgrund des zweiten optischen Elements Licht teilweise oder ganz in Richtung des ersten optischen Elements zurückgeworfen, welches von vornherein ungewollt aus dem Lichtleiter in Richtung des zweiten optischen Elements ausgekoppelt wurde (ohne unmittelbar nach seiner Auskopplung auf das erste optische Element zu treffen).Furthermore, due to the second optical element, some or all of the light is thrown back in the direction of the first optical element, which was unintentionally decoupled from the light guide in the direction of the second optical element from the start (without striking the first optical element immediately after its decoupling).

Es muss hervorgehoben werden, dass die vorgenannten Mechanismen des Polarisationsrecyclings in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung stattfinden, vollkommen oder nahezu vollkommen ohne das erste Merkmal des von der Hintergrundbeleuchtung ausgesandten Lichts zu zerstören, was so im Stand der Technik unbekannt ist.It must be emphasized that the aforementioned mechanisms of polarization recycling take place in the lighting device according to the invention, completely or almost completely without destroying the first feature of the light emitted by the backlight, which is unknown in the prior art.

Ein besonders großer Vorteil, der sich durch das erfindungsgemäße Polarisationsrecycling ergibt, besteht darin, dass wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung im Zusammenspiel mit einem LCD-Panel verwendet wird, somit eine höhere Helligkeit erzielt wird, weil mehr vorpolarisiertes Licht der ersten Polarisation in Richtung des LCD-Panels abgeben wird, als in Systemen ohne die erfindungsgemäßen Merkmale.A particularly great advantage that results from the polarization recycling according to the invention is that if the lighting device according to the invention is used in conjunction with an LCD panel, a higher brightness is achieved because more pre-polarized light of the first polarization in the direction of the LCD panel. Panels will be released than in systems without the features according to the invention.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus und die Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus ausgelegt, indem

  • - die flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei dieser eingeschränkte Winkelbereich dem ersten Merkmal des Lichts entspricht,
  • - wobei die Auskoppelelemente in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt sind, dass der Lichtleiter auf mindestens 50% seiner Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, gemessen gemäß ASTM D1003, wodurch das von der Hintergrundbeleuchtung mindestens in der Betriebsart B2 in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlte Licht beim Durchgang durch den Lichtleiter höchstens geringfügig außerhalb des besagten Winkelbereichs gestreut wird,
  • - wobei ferner eine Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln in den Lichtleiter eingestrahltes und von den Auskoppelelementen aus dem Lichtleiter ausgekoppeltes Licht in einen Winkelbereich größer als 60° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen des Lichtleiters senkrechte Vorzugsrichtungen abgestrahlt wird, was dem zweiten Merkmal des Lichts entspricht.
In a preferred embodiment of the invention, the operating mode B1 is designed for a free viewing mode and the operating mode B2 for a restricted viewing mode by
  • - the extensive backlighting emits light in a restricted angular range, this restricted angular range corresponding to the first feature of the light,
  • - The number of decoupling elements per area and their extension are selected in such a way that the light guide has an average haze value of less than 7% on at least 50% of its area, measured in accordance with ASTM D1003, which means that the background lighting is at least in the operating mode B2 light emitted in a restricted angular range is scattered at most slightly outside of said angular range when passing through the light guide,
  • - In addition, a distribution of the decoupling elements on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide is specified so that the light emitted by the lighting means into the light guide and decoupled from the light guide by the decoupling elements is based on an angular range greater than 60 ° one or two predetermined preferred directions perpendicular to each other and to the surface normal of the light guide are emitted, which corresponds to the second feature of the light.

Als eingeschränkter Winkelbereich kann grundsätzlich jeder Bereich in Frage kommen, der kleiner als der Halbraum vor der Hintergrundbeleuchtung ist; bevorzugt ist hier aber z.B. ein Winkelbereich von +/-20 oder 30 Grad horizontal und / oder vertikal oder als Konus um die Flächennormale bzw. einen wählbaren Richtungsvektor auf der Hintergrundbeleuchtung gemeint; kleine Lichtmengen von weniger als 1 % bis 5% Maximal-Helligkeit können bei der Definition des eingeschränkten Winkelbereichs außer Betracht bleiben. Die Begriffe „vertikal“ und „horizontal“ beziehen sich dabei zunächst allgemein auf zwei senkrecht zueinander liegende Vorzugsrichtungen auf der Fläche der Hintergrundbeleuchtung oder einer Großfläche eines Lichtleiters, die im Betrieb je nach Orientierung des mit der Beleuchtungseinrichtung verwendeten, in der Regel fixierten Bildschirms, einer tatsächlich in Bezug auf die Position eines Betrachters und damit der Erdoberfläche horizontalen oder vertikalen Richtung entsprechen.In principle, any area that is smaller than the half-space in front of the background lighting can be considered as a restricted angular range; Preferably, however, an angular range of +/- 20 or 30 degrees horizontally and / or vertically or as a cone around the surface normal or a selectable direction vector on the background lighting is meant here; small amounts of light of less than 1% to 5% maximum brightness can be disregarded when defining the restricted angular range. The terms “vertical” and “horizontal” initially refer generally to two preferred directions perpendicular to one another on the surface of the background lighting or a large area of a light guide, which in operation, depending on the orientation of the screen used with the lighting device, usually fixed, is one actually correspond to the horizontal or vertical direction in relation to the position of an observer and thus the earth's surface.

Ferner können das erste und das zweite Merkmal des Lichts jeweils unterschiedliche Farben bzw. Farbtemperaturen des jeweiligen Lichts einschließen oder ausschließlich bilden.Furthermore, the first and the second feature of the light can each include or exclusively form different colors or color temperatures of the respective light.

Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass das erste und das zweite Merkmal des Lichts jeweils unterschiedliche Lichtmuster einschließen oder ausschließlich bilden.As an alternative or in addition, it is possible for the first and second features of the light to each include or exclusively form different light patterns.

Weiterhin ist es möglich, dass eine Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln in den Lichtleiter eingestrahltes und von den Auskoppelelementen aus dem Lichtleiter ausgekoppeltes Licht die folgenden Bedingung erfüllt:

  • - mehr als 40% der auf einer der Großflächen zwischen einem Winkelbereich von -50° und +50° zur Flächennormalen der Großfläche ausgekoppelten Lichtmenge wird zwischen einem Winkelbereich von -20° und +20° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen senkrechte Vorzugsrichtungen abgestrahlt, und / oder mehr als 60% der auf einer der Großflächen zwischen einem Winkelbereich von -50° und +50° zur Flächennormalen der Großfläche ausgekoppelten Lichtmenge wird zwischen einem Winkelbereich von -30° und +30° bezogen auf die eine oder zwei Vorzugsrichtungen abgestrahlt.
Furthermore, it is possible that a distribution of the decoupling elements on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide is specified in such a way that light radiated into the light guide by the illuminants and decoupled from the light guide by the decoupling elements fulfills the following condition:
  • - More than 40% of the amount of light coupled out on one of the large areas between an angle range of -50 ° and + 50 ° to the surface normal of the large area is between an angle range of -20 ° and + 20 ° related to one or two specified, to each other and to the surface normal perpendicular preferred directions, and / or more than 60% of the amount of light coupled out on one of the large areas between an angle range of -50 ° and + 50 ° to the surface normal of the large area is between an angle range of -30 ° and + 30 ° based on the one or emitted in two preferred directions.

Bei dem ersten optischen Element kann es sich um einen reflektierenden Polarisator, bevorzugt um einen Wiregrid-Polarisator und/oder eine DBEF™ -Folie von 3M, handeln.The first optical element can be a reflective polarizer, preferably a wiregrid polarizer and / or a DBEF ™ film from 3M.

Weiterhin kann das zweite optische Element ein schaltbarer Spiegel sein, welcher aus Richtung des Lichtleiters herrührendes Licht beim Einschalten der Spiegelfunktion reflektiert und ansonsten Licht, egal welcher Einfallsrichtung, überwiegend transmittiert.Furthermore, the second optical element can be a switchable mirror which reflects light originating from the direction of the light guide when the mirror function is switched on and otherwise predominantly transmits light, regardless of the direction of incidence.

Alternativ ist es möglich, dass das zweite optische Element ein Strahlteiler ist, welcher Licht permanent gleichzeitig teilweise reflektiert und teilweise transmittiert.Alternatively, it is possible that the second optical element is a beam splitter which permanently reflects light partially and partially at the same time.

Schließlich sind weitere Varianten denkbar, etwa wenn in einer dritten Alternative Licht polarisationsabhängig reflektiert und/oder transmittiert wird. Hierbei handelt es sich beispielsweise um chiral-selektive Spiegel.Finally, further variants are conceivable, for example if, in a third alternative, light is reflected and / or transmitted as a function of polarization. These are, for example, chiral-selective mirrors.

Die Effizienz der Erfindung in Bezug auf das Polarisationsrecycling kann ferner gesteigert werden, wenn weiterhin mindestens eine Wellenplatte und/oder eine Streuschicht in der Beleuchtungseinrichtung vorhanden ist. Diese kann permanent oder schaltbar wirkend ausgestaltet sein.The efficiency of the invention with regard to polarization recycling can furthermore be increased if at least one wave plate and / or one scattering layer is furthermore present in the lighting device. This can be designed to be permanent or switchable.

Diesbezüglich ist es denkbar, dass in Betrachtungsrichtung unterhalb -jedoch nicht unbedingt in unmittelbar unterhalb- des Lichtleiters mindestens eine lambda/4- oder eine lambda-3/4-Wellenplatte und/oder eine anamorphotische oder eine andere Streuschicht vorhanden ist, welche vom ersten optischen Element durch den Lichtleiter zurückreflektiertes Licht der zweiten Polarisation in seinen Polarisationseigenschaften ändert, sowohl bevor und nachdem dieses auf das zweite optische Element zur Rückreflexion in Richtung Lichtleiter trifft.In this regard, it is conceivable that in the viewing direction there is at least one lambda / 4 or a lambda 3/4 wave plate and / or an anamorphic or other scattering layer, which differs from the first optical layer, below - but not necessarily directly below - the light guide Element through the light guide back reflected light of the second polarization changes in its polarization properties, both before and after this hits the second optical element for back reflection in the direction of the light guide.

Eine solche Wellenplatte kann sich jedoch auch oberhalb des Lichtleiters befinden.Such a wave plate can, however, also be located above the light guide.

Besonders vorteilhaft wird vermittels der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung ein Bildschirm generiert, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann. Dieser umfasst:

  • - eine erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung, wie vorstehend beschrieben, sowie
  • - einen in Betrachtungsrichtung vor dem Lichtleiter angeordneten transmissiven Bildgeber, in welchen optional das erste optische Element direkt integriert ist.
A screen is particularly advantageously generated by means of the lighting arrangement according to the invention, which screen can be operated in at least two operating modes B1 for a free viewing mode and B2 for a restricted viewing mode. This includes:
  • - A lighting arrangement according to the invention, as described above, as well as
  • - A transmissive imager arranged in front of the light guide in the viewing direction, in which the first optical element is optionally directly integrated.

Bei einem solchen Bildgeber handelt es sich beispielsweise um ein LCD-Panel, in welches beleuchtungsseitig z.B. ein Wire-Grid-Polarisator als erstes optisches Element eingebaut ist. Derartige LCD-Panels sind am Markt verfügbar.Such an image generator is, for example, an LCD panel in which a wire-grid polarizer, for example, is installed as the first optical element on the lighting side. Such LCD panels are available on the market.

Ferner ist es für die Erfindung von Vorteil, wenn ein Bildgeber verwendet wird, der aus Pixeln zusammengesetzt ist, die wiederum aus Subpixeln bestehen, und jede Abmessung der besagten Auskoppelelemente in Höhe, Tiefe und Breite kleiner ist als das Minimum aus Breite und Höhe der Subpixel eines verwendeten Bildgebers, d.h. kleiner als das Minimum dieser beiden Werte. Bevorzugt ist jede Abmessung der besagten Auskoppelelemente in Höhe, Tiefe und Breite sogar um einen Faktor 1,3; 1,5 oder 2,0 kleiner als das Minimum aus Breite und Höhe der Subpixel eines verwendeten Bildgebers. Das Bild wird auf diese Weise homogener und es lassen sich Überlagerungserscheinungen von Strukturmuster und Subpixelmuster u.U. vermeiden.It is also advantageous for the invention if an image generator is used which is composed of pixels, which in turn consist of subpixels, and each dimension of the said decoupling elements in height, depth and width is smaller than the minimum of width and height of the subpixels of an imager used, ie smaller than the minimum of these two values. Each dimension of the said decoupling elements in height, depth and width is preferably even by a factor of 1.3; 1.5 or 2.0 smaller than the minimum of the width and height of the subpixels of an imager used. In this way, the image becomes more homogeneous and, under certain circumstances, superimposition of structural patterns and subpixel patterns can be avoided.

Der Lichtleiter kann aus einem transparenten, thermoplastischen, duroplastischen oder thermoelastischen Kunststoff oder aus Glas bestehen. Beispielsweise kann der Lichtleiter bzw. sein Substrat mindestens 40 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bevorzugt mindestens 60 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bezogen auf sein Gewicht, umfassen. Alternativ kann es sich beispielsweise um Polycarbonat (z.B. PC, COP oder PMMI) handeln.The light guide can consist of a transparent, thermoplastic, thermosetting or thermoelastic plastic or of glass. For example, the light guide or its substrate can comprise at least 40 percent by weight of polymethyl methacrylate, preferably at least 60 percent by weight of polymethyl methacrylate, based on its weight. Alternatively, it can be, for example, polycarbonate (e.g. PC, COP or PMMI).

Die Hintergrundbeleuchtung besteht beispielsweise aus

  • - einem flächigen Strahler, vorzugsweise einem Lichtleiter mit seitlich oder auf der Rückseite angeordneten Leuchtmitteln,
  • - mindestens einem in den flächigen Strahler integrierten und / oder davor angeordneten Lichtkollimator, wie etwa einem Licht-Control-Filter und/oder einem oder mehreren Prismenfolien;
  • - optional kann weiterhin mindestens eine Wellenplatte (lambda/4 oder lambda-3/4) enthalten sein.
The backlight consists of, for example
  • - a flat spotlight, preferably a light guide with lamps arranged on the side or on the back,
  • - At least one light collimator integrated into the flat radiator and / or arranged in front of it, such as a light control filter and / or one or more prismatic foils;
  • - Optionally, at least one wave plate (lambda / 4 or lambda-3/4) can also be included.

Entsprechend kann also die Hintergrundbeleuchtung grundsätzlich aufgebaut sein wie ein LED-Backlight, beispielsweise als sogenanntes Side-light, Edgelight, Direct LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder als ein anderer Flächenstrahler, auf welchen z.B. mindestens ein permanenter Privacy-Filter (mit Mikrolamellen) aufgebracht ist. Andere Varianten sehen den Einsatz von sogenannten „Directed Backlights“, also gerichteten Hintergrundbeleuchtungen, vor.Accordingly, the background lighting can basically be constructed like an LED backlight, for example as a so-called side light, edge light, direct LED backlight, edge LED backlight, OLED or as another surface emitter, on which, for example, at least one permanent privacy filter (with micro-slats ) is applied. Other variants provide for the use of so-called "Directed Backlights", that is, directional background lighting.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass für die Betriebsart B1 in Abhängigkeit von vorgegebenen Grenzwinkeln σ, γ das ausgekoppelte Licht, welches aus dem Lichtleiter in einem Winkel β austritt, an jedem Punkt der Oberfläche des Lichtleiters in Winkelbereichen, die den Bedingungen 80° > β > γ und / oder -80° < β < -σ, mit 10° < γ < 80° und 10° < σ < 80° genügen, bevorzugt γ = σ = 40°, gemessen senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters und in mindestens einer der beiden Vorzugsrichtungen maximal 80%, bevorzugt 60% besonders bevorzugt maximal 50% von der Lichtstärke aufweist, die das Licht aufweist, welches von einem solchen Punkt der Oberfläche des Lichtleiters entlang der Normalen der Oberfläche austritt. Die Vorzugsrichtung ist dabei oft die vertikale Orientierung. Ein negativer Winkel wird dabei o.B.d.A. (ohne Beschränkung der Allgemeinheit) derjenigen Seite zugeordnet, auf der das Licht eingekoppelt wird, ein Winkel von -90° entspricht also einer Richtung, aus der eingekoppelt wird. Die Grenzwinkel σ, γ werden dabei fest vorgegeben, und zwar anhand der für die jeweilige Anwendung gewünschten optischen Leistung. Im Falle der besonders bevorzugten Grenzwinkel γ = σ = 40° gilt die Lichtstärkebedingung dann nur für Winkel zwischen -40° und -80° sowie 40° und 80°. Je kleiner die Grenzwinkel σ, γ jeweils sind, umso mehr wird das Licht in der bzw. den entsprechenden Vorzugsrichtungen zur Mittelsenkrechten konzentriert. Beispielsweise können im PKW, wo Fahrer und Beifahrer in der Betriebsart B1 in relativ gut zu definierenden Betrachtungswinkeln auf einen Bildschirm mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung schauen, die Grenzwinkel σ, γ eher kleiner als 40° gewählt werden. Demgegenüber können in einem Laptop aufgrund der Klappbarkeit des Bildschirms und des universalen Einsatzszenarios hinsichtlich der Betrachtungswinkel verschiedener Personen Werte um 40° oder größer sinnvoll sein. Die 80°-Grenze kann unter Umständen auch 70° betragen und ggf. noch andere Werte annehmen.A further advantageous embodiment of the invention provides that for the operating mode B1, depending on predetermined critical angles σ, γ, the decoupled light, which exits the light guide at an angle β, at every point on the surface of the light guide in angle ranges that meet the conditions 80 °> β> γ and / or -80 ° <β <-σ, with 10 ° <γ <80 ° and 10 ° <σ <80 ° are sufficient, preferably γ = σ = 40 °, measured perpendicular to the surface of the light guide and in at least one of the two preferred directions has a maximum of 80%, preferably 60%, particularly preferably a maximum of 50% of the light intensity that the light has which emerges from such a point on the surface of the light guide along the normal of the surface. The preferred direction is often the vertical orientation. A negative angle is used without any reason. (without loss of generality) assigned to the side on which the light is coupled in, so an angle of -90 ° corresponds to a direction from which it is coupled in. The critical angles σ, γ are fixedly specified, based on the optical performance desired for the respective application. In the case of the particularly preferred critical angle γ = σ = 40 °, the light intensity condition then only applies to angles between -40 ° and -80 ° and 40 ° and 80 °. The smaller the critical angles σ, γ in each case, the more the light is concentrated in the respective preferred direction or directions to the perpendicular. For example, in a car where the driver and front passenger look at a screen with the lighting device according to the invention at relatively well-defined viewing angles in operating mode B1, the critical angles σ, γ can be selected to be smaller than 40 °. In contrast, in a laptop, due to the foldability of the screen and the universal application scenario, values of 40 ° or more can be useful with regard to the viewing angles of different people. Under certain circumstances, the 80 ° limit can also be 70 ° and possibly also assume other values.

Dadurch wird z.B. eine Verminderung von störenden Reflektionen in der Windschutzscheibe, vor allem bei Nachtfahrten, erzielt, wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einem Bildschirm in einem Fahrzeug eingebaut ist. Fernerhin wird bei Einhalten der vorgenannten Bedingung eine gute Leistungseffizienz aus dem Lichtleiter erzielt.As a result, for example, a reduction in disruptive reflections in the windshield, especially when driving at night, is achieved if the lighting device according to the invention is installed with a screen in a vehicle. Furthermore, if the aforementioned condition is met, good power efficiency is achieved from the light guide.

In der Betriebsart B1 sind wie vorstehend beschrieben mindestens die Leuchtmittel an den Schmalseiten des Lichtleiters eingeschaltet. Es ist dabei möglich, dass die Hintergrundbeleuchtung ein- oder ausgeschaltet ist.In operating mode B1, as described above, at least the lighting means on the narrow sides of the light guide are switched on. It is possible that the background lighting is switched on or off.

Die geforderten, für die Erfindung wesentlichen Eigenschaften für die Auskoppelelemente hinsichtlich ihrer Anzahl pro Flächeneinheit, ihrer Form und Ausdehnung in drei Dimensionen sowie ihrer Verteilung auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters können beispielsweise mit einer Optik-Simulationssoftware wie etwa „LightTools“ der Firma Synopsis oder anderer Anbieter bestimmt und dann entsprechend physisch umgesetzt werden.The required properties, which are essential for the invention, for the decoupling elements with regard to their number per unit area, their shape and extent in three dimensions and their distribution over at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide can be achieved, for example, with optical simulation software such as " LightTools ”from Synopsis or other providers and then physically implemented accordingly.

Es ist möglich, dass Auskoppelelemente auf beiden Großflächen und zusätzlich optional im Volumen angebracht sind.It is possible that decoupling elements are attached to both large areas and, optionally, in the volume.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters so vorgegeben ist, dass das ausgekoppelte Licht auf mindestens 70% der Fläche des Lichtleiters eine Leuchtdichtehomogenität von mindestens 70% erreicht.Furthermore, it is advantageous if the distribution of the decoupling elements on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide is specified in such a way that the decoupled light achieves a luminance homogeneity of at least 70% on at least 70% of the area of the light guide.

Die Auskoppelelemente weisen maximale Abmessungen von 100 µm, bevorzugt jedoch zwischen 1 µm und 30 µm auf.The outcoupling elements have maximum dimensions of 100 μm, but preferably between 1 μm and 30 μm.

Bei den Auskoppelelementen handelt es sich in der Regel um Mikrolinsen und / oder Mikroprismen und / oder diffraktive Strukturen und / oder dreidimensionale Strukturelemente und / oder Streuelemente. Im Falle von diffraktiven Strukturen kann es sich beispielsweise um ein Hologramm bzw. ein Gitter/Beugungsgitter handeln.The coupling-out elements are generally microlenses and / or microprisms and / or diffractive structures and / or three-dimensional structural elements and / or scattering elements. In the case of diffractive structures, it can be a hologram or a grating / diffraction grating, for example.

Die Auskoppelelemente sind dabei in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt sind, dass der Lichtleiter auf mindestens 50%, bevorzugt 80% seiner Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, bevorzugt kleiner als 2%, besonders bevorzugt kleiner als 1 %, gemessen gemäß ASTM D1003 - wobei hier die Messung gemäß der gebräuchlicheren Prozedur A mit einem Hazemeter als Referenz zugrunde gelegt wird -, wodurch das von der Hintergrundbeleuchtung mindestens in der Betriebsart B2 in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlte Licht beim Durchgang durch den Lichtleiter höchstens geringfügig außerhalb des besagten Winkelbereichs gestreut wird. Unter „geringfügig“ ist beispielsweise zu verstehen, dass - aufgrund des geringen Haze - in einem Winkel von beispielsweise horizontal 40° von der Flächennormalen maximal 1 % der Leuchtdichte durch Streuung hinzukommt, die die Beleuchtungseinrichtung in einem Winkel von 0° abstrahlt.The number of decoupling elements per area and their extension are selected such that the light guide has an average haze value of less than 7%, preferably less than 2%, particularly preferably less, on at least 50%, preferably 80% of its area than 1%, measured according to ASTM D1003 - whereby the measurement according to the more common procedure A with a hazemeter is used as a reference - whereby the light emitted by the backlight in at least operating mode B2 in a limited angular range when passing through the light guide is at most is scattered slightly outside of said angular range. “Slightly” means, for example, that - due to the low haze - at an angle of, for example, 40 ° horizontally from the surface normal, a maximum of 1% of the luminance is added due to scattering, which the lighting device emits at an angle of 0 °.

Die Auskoppelelemente können bei der Herstellung des Lichtleiters entsprechend anpassbarer und vorgebbarer Bedingungen für die Auskopplung des Lichts grundsätzlich auf verschiedene Weise in oder auf dem Lichtleiter verteilt werden. Bei den Auskoppelelementen handelt es sich um lokal begrenzte Strukturänderungen im Volumen oder/und auf den Oberflächen des Lichtleiters. Ausdrücklich nicht unter den Begriff des Auskoppelelements fallen daher zusätzliche optische Schichten, die auf den Flächen des Lichtleiters angebracht werden, d.h. z.B. Diffusionsschichten, Reflexionsschichten oder (duale) helligkeitsverstärkende oder auch polarisationsrecycelnde Schichten ((dual) brightness enhancement film - (D)BEF). Diese, nicht unter den Begriff des „Auskoppelelements“ fallenden zusätzlichen Schichten werden mit dem Lichtleiter nur an den Ränder verbunden, liegen im Bereich der Großflächen jedoch nur lose auf und bilden mit dem Lichtleiter keine physische Einheit. Hingegen bilden auf den Großflächen aufgebrachte Lacke, die sich mit dem Lichtleiter durch chemische Reaktionen verbinden, eine physische Einheit, sind nicht mehr voneinander zu trennen; solche Lacke zählen daher nicht als zusätzliche Schicht im oben genannten Sinne.During the production of the light guide, the decoupling elements can in principle be distributed in or on the light guide in different ways in accordance with adaptable and predeterminable conditions for the decoupling of the light. The decoupling elements are locally limited structural changes in the volume and / or on the surfaces of the light guide. The term decoupling element therefore explicitly does not include additional optical layers that are applied to the surfaces of the light guide, i.e. e.g. diffusion layers, reflective layers or (dual) brightness enhancement or polarization recycling layers ((dual) brightness enhancement film - (D) BEF). These additional layers, which do not fall under the term “decoupling element”, are only connected to the light guide at the edges, but are only loosely in the area of the large areas and do not form a physical unit with the light guide. On the other hand, paints applied to the large surfaces, which connect to the light guide through chemical reactions, form a physical unit and can no longer be separated from one another; such lacquers therefore do not count as an additional layer in the above sense.

Die Struktur der Auskoppelelemente kann vorgegeben werden, so dass die Wirkung eines jeden Auskoppelelements zumindest näherungsweise bekannt ist und Eigenschaften des Lichtleiters bzw. des aus dem Lichtleiter tretenden Lichts gezielt durch eine vorgebbare Verteilung der Auskoppelelemente festgelegt werden können.The structure of the decoupling elements can be specified so that the effect of each decoupling element is known at least approximately and properties of the light guide or the light emerging from the light guide can be specifically determined by a predeterminable distribution of the decoupling elements.

In besonderen Ausgestaltungen ist es auch möglich, dass innerhalb des Volumens des Lichtleiters ausgebildete Auskoppelelemente vorhanden sind, wobei diese Auskoppelelemente als Hohlräume ausgebildet sind, welche bevorzugt die äußere Form von Mikrolinsen, Mikroprismen oder diffraktiven Strukturen aufweisen.In special configurations, it is also possible for coupling-out elements formed within the volume of the light guide to be present, these coupling-out elements being formed as cavities which preferably have the outer shape of microlenses, microprisms or diffractive structures.

Dabei können die Hohlräume mit einem gasförmigen, flüssigen oder einem festen Material ausgefüllt sein, wobei das Material einen Brechungsindex aufweist, welcher von dem des für den Lichtleiter verwendeten Materials abweicht, bevorzugt geringer ist, oder dass die Hohlräume luftleer sind.The cavities can be filled with a gaseous, liquid or solid material, the material having a refractive index which differs from that of the material used for the light guide, is preferably lower, or the cavities are evacuated.

Außerdem ist es denkbar, dass dass die Hohlräume mit einem gasförmigen, flüssigen oder einem festen Material ausgefüllt sind, wobei das Material einen Haze-Wert aufweist, welcher von dem des für den Lichtleiter verwendeten Materials abweicht, bevorzugt höher ist.It is also conceivable that the cavities are filled with a gaseous, liquid or solid material, the material having a haze value which differs from that of the material used for the light guide, is preferably higher.

In diesem Zusammenhang besteht überdies die Möglichkeit, dass der Lichtleiter aus zwei miteinander an Grenzflächen verbundenen, vorzugsweise gleichartigen Substratschichten gebildet ist und die Hohlräume als Materialaussparungen an mindestens einer der Grenzflächen, bevorzugt die äußere Form von Mikrolinsen, Mikroprismen, dreidimensionalen Strukturelementen oder diffraktiven Strukturen aufweisend, ausgebildet sind.In this context, there is also the possibility that the light guide is formed from two preferably similar substrate layers connected to one another at interfaces and the cavities as material cutouts at at least one of the interfaces, preferably having the outer shape of microlenses, microprisms, three-dimensional structural elements or diffractive structures, are trained.

Wenn die Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters angebracht sind, so werden diese vorteilhaft aus einem mit einem Werkzeug strukturierten Kunststoff oder Glas gebildet, dessen Struktur vermittels eines Werkzeuges thermisch eingeprägt wurde. Dies ist z.B. in Massenproduktion möglich, indem auf ein Lichtleitersubstrat ein UV-härtendes Material - z.B. ein Lack, ein Monomer etc. - aufgebracht wird, welches vermittels eines Werkzeuges strukturiert und durch UV-Strahlung ausgehärtet, z.B. polymerisiert wird. Andere durch Strahlung härtende Materialien können ebenfalls eingesetzt werden. Die Ausbildung der Aussparungen zur Realisierung der Auskoppelelemente lässt sich beispielsweise mechanisch, lithographisch oder drucktechnisch realisieren, oder aber auch materialauftragend, -umwandelnd, -abtragend oder -auflösend.If the decoupling elements are attached to at least one of the large areas of the light guide, they are advantageously formed from a plastic or glass structured with a tool, the structure of which has been thermally impressed by means of a tool. This is possible, for example, in mass production by applying a UV-curing material - e.g. a lacquer, a monomer, etc. - to a light guide substrate, which is structured by means of a tool and cured by UV radiation, e.g. polymerized. Other radiation curing materials can also be used. The formation of the recesses for realizing the decoupling elements can be realized, for example, mechanically, lithographically or by printing technology, or else by applying, converting, removing or dissolving material.

Damit können z.B. Gitterstrukturen, Mikroprismen - entweder konvex mit Kunststoffanteil auf der Oberfläche nach außen zeigend, und / oder konkav als Einprägung bzw. Aussparung innerhalb der Oberflächenschicht des strukturierten Kunststoffs -, sonstige dreidimensionale Strukturelemente mit anderen Formen, oder auch Mikrolinsen kostengünstig und mit Massenfertigungstauglichkeit umgesetzt werden. Konkav ausgebildete und konvex ausgebildete Strukturen können gleichermaßen zum Einsatz kommen.For example, lattice structures, microprisms - either convex with plastic on the surface pointing outwards, and / or concave as an embossing or recess within the surface layer of the structured plastic -, other three-dimensional structural elements with other shapes, or even microlenses can be implemented inexpensively and with mass production capability become. Concave and convex structures can be used in the same way.

Vorteilhaft ist die Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters so vorgegeben, dass das ausgekoppelte Licht auf mindestens 70% der Fläche des Lichtleiters eine Leuchtdichtehomogenität von 70% erreicht. Die Leuchtdichtehomogenität kann hierzu als Lv min/Lv max definiert werden, also als Verhältnis des kleinsten Wertes der Leuchtdichte zum größten Wert pro Flächeneinheit. Eine andere anwendbare Vorschrift zur Definition der Leuchtdichtehomogenität ist in dem „Uniformity Measurement Standard for Displays V1.3“ vom Deutschen Flachdisplay-Forum definiert.The distribution of the decoupling elements on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide is advantageously specified in such a way that the decoupled light achieves a luminance homogeneity of 70% on at least 70% of the area of the light guide. For this purpose, the luminance homogeneity can be defined as L v min / L v max , that is to say as the ratio of the smallest value of the luminance to the largest value per unit area. Another applicable regulation for the definition of luminance homogeneity is defined in the "Uniformity Measurement Standard for Displays V1.3" by the German Flat Display Forum.

Auf der Oberseite des Bildgebers und / oder auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters wie auch auf mindestens einem der Privacyfilter, wenn vorhanden, können Mittel zur Reflexminderung oder -steuerung, beispielsweise eine Antiglare- und / oder eine Antireflexbeschichtung, angeordnet sein.Means for reducing or controlling reflections, for example an anti-glare and / or an anti-reflective coating, can be arranged on the top of the imager and / or on at least one of the large areas of the light guide as well as on at least one of the privacy filters, if present.

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.In all of the aforementioned configurations, said lighting means can be LEDs or LED rows or laser diodes. Other variants are conceivable and are within the scope of the invention.

Besonders vorteilhaft findet ein Bildschirm mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung Verwendung in einem Fahrzeug zur wahlweisen Darstellung von Bildinhalten lediglich für den Beifahrer in der Betriebsart B2 bzw. gleichzeitig für den Fahrer und den Beifahrer in der Betriebsart B1. Ersteres ist z.B. hilfreich, wenn der Beifahrer sich Unterhaltungsinhalte anschaut, die den Fahrer ablenken könnten.A screen with a lighting device according to the invention is particularly advantageously used in a vehicle for the optional display of image content only for the passenger in operating mode B2 or simultaneously for the driver and the passenger in operating mode B1. The former is helpful, for example, when the passenger is watching entertainment that could distract the driver.

Ferner ist es für einige Anwendungen vorteilhaft, wenn der besagte eingeschränkte Winkelbereich asymmetrisch um die Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung ausgebildet ist. Die asymmetrische Ausbildung erfolgt bevorzugt in einer der Vorzugsrichtungen. Dies ist insbesondere bei Anwendungen im Fahrzeug hilfreich, etwa wenn ein mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung zu kombinierender Bildschirm als sogenanntes Center-information-Display im Armaturenbrett etwa in der Mitte zwischen Fahrer und Beifahrer angeordnet ist. Dann muss der in der Betriebsart B2 ausschließlich für den Beifahrer freigegebene, eingeschränkte Winkelbereich für die Sicht asymmetrisch gestaltet, also auf den Beifahrer gerichtet, sein. Die Vorzugsrichtung, in welcher die Asymmetrie ausgebildet ist, entspricht hier der Horizontalen.Furthermore, it is advantageous for some applications if the said restricted angular range is designed asymmetrically around the surface normal of the background lighting. The asymmetrical design is preferably carried out in one of the preferred directions. This is particularly helpful for applications in the vehicle, for example when a screen to be combined with the lighting device according to the invention is arranged as a so-called center information display in the dashboard approximately in the middle between the driver and front passenger. In this case, the restricted angular range released exclusively for the front passenger in operating mode B2 must be designed asymmetrically for the view, i.e. directed towards the front passenger. The preferred direction in which the asymmetry is formed corresponds here to the horizontal.

Ein Bildschirm mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung kann gleichsam verwendet werden zur Eingabe oder Anzeige von vertraulichen Daten, beispielweise von PIN-Geheimnummern, E-Mails, SMS oder Passwörtern, an Geldautomaten, Zahlungsterminals oder mobilen Geräten.A screen with a lighting device according to the invention can also be used to input or display confidential data, for example PIN codes, emails, SMS or passwords, at ATMs, payment terminals or mobile devices.

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.Furthermore, the desired restricted angle ranges for mode B2 for a restricted view can be defined and implemented independently of one another for the horizontal and vertical directions. For example, a larger angle (or possibly no restriction at all) could be useful in the vertical direction than in the horizontal direction, for example if people of different sizes should see a picture at ATMs, while the side view should remain strongly or completely restricted. For POS Payment terminals, on the other hand, are often required to have visual restrictions in mode B2 both in the horizontal and in the vertical direction due to security regulations.

Grundsätzlich bleibt die Leistungsfähigkeit der Erfindung erhalten, wenn die vorbeschriebenen Parameter in bestimmten Grenzen variiert werden.In principle, the performance of the invention is retained if the parameters described above are varied within certain limits.

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.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

FigurenlisteFigure list

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale zeigen, näher erläutert. Es zeigt

  • 1 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung,
  • 1a eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer ersten Ausgestaltungsvariante,
  • 2 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer zweiten Ausgestaltungsvariante,
  • 3 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer dritten Ausgestaltungsvariante,
  • 4 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer vierten Ausgestaltungsvariante,
  • 5 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer fünften Ausgestaltungsvariante,
  • 6 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer sechsten Ausgestaltungsvariante,
  • 7 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer siebten Ausgestaltungsvariante,
  • 8 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer achten Ausgestaltungsvariante,
  • 9 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer neunten Ausgestaltungsvariante, sowie
  • 10 eine schematische Darstellung zur Definition der vertikalen Richtung des zu messenden Winkels β.
The invention is explained in more detail below with reference to drawings, which also show features essential to the invention. It shows
  • 1 a schematic diagram of the lighting device according to the invention,
  • 1a a schematic diagram of the lighting device according to the invention in connection with an image generator in a first embodiment variant,
  • 2 a schematic diagram of the lighting device according to the invention in connection with an image generator in a second embodiment variant,
  • 3 a schematic diagram of the lighting device according to the invention in connection with an image generator in a third embodiment variant,
  • 4th a schematic diagram of the lighting device according to the invention in connection with an image generator in a fourth embodiment variant,
  • 5 a schematic diagram of the lighting device according to the invention in connection with an image generator in a fifth embodiment variant,
  • 6th a schematic diagram of the lighting device according to the invention in connection with an image generator in a sixth embodiment variant,
  • 7th a schematic diagram of the lighting device according to the invention in connection with an image generator in a seventh embodiment variant,
  • 8th a schematic diagram of the lighting device according to the invention in connection with an image generator in an eighth embodiment variant,
  • 9 a schematic diagram of the lighting device according to the invention in connection with an image generator in a ninth embodiment variant, and
  • 10 a schematic representation for the definition of the vertical direction of the angle to be measured β.

Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen wieder.The drawings are not true to scale and only represent basic representations.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Die 1 zeigt eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1a, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 betrieben werden kann und folgende Bestandteile umfasst:

  • - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung 2, die Licht mit einem ersten Merkmal abstrahlt,
  • - einen in Betrachtungsrichtung (hier in der Zeichenebene von oben) vor der Hintergrundbeleuchtung 2 gelegenen, plattenförmigen Lichtleiter 3, welcher auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb seines Volumens Auskoppelelemente 6 aufweist, wobei der Lichtleiter 3 für das von der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgehende Licht zu mindestens 70% transparent ist,
  • - seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters 3 angeordnete Leuchtmittel 4,
  • - wobei eine Verteilung der Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln 4 in den Lichtleiter 3 eingestrahltes und von den Auskoppelelementen 6 aus dem Lichtleiter 3 ausgekoppeltes Licht mindestens ein zweites Merkmal aufweist, das sich von dem ersten Merkmal unterscheidet, und das solches ausgekoppeltes Licht gleichzeitig eine erste und eine zweite Polarisationsart aufweist,
  • - ein in Betrachtungsrichtung vor dem plattenförmigen Lichtleiter 3 gelegenes erstes optisches Element 7, welches Licht der ersten Polarisationsart transmittiert und Licht der zweiten Polarisationsart reflektiert,
  • - ein in Betrachtungsrichtung hinter dem plattenförmigen Lichtleiter 3 gelegenes zweites optisches Element 8, welches in einer ersten Alternative als schaltbarer Spiegel ausgebildet ist und aus Richtung des Lichtleiters 3 herrührendes Licht wahlweise reflektiert, welches in einer zweiten Alternative permanent Licht gleichzeitig teilweise reflektiert und transmittiert, oder welches in einer dritten Alternative Licht polarisationsabhängig reflektiert und/oder transmittiert,
  • - wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung 2 ein- und die Leuchtmittel 4 ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel 4 eingeschaltet sind,
  • - so dass in der Betriebsart B2 ausschließlich Licht der Hintergrundbeleuchtung 2 mit dem ersten Merkmal aus der Beleuchtungseinrichtung 1a abgegeben wird, und so dass in der Betriebsart B1 mindestens Licht aus dem Lichtleiter 3 aus der Beleuchtungseinrichtung 1a abgegeben wird, wobei dieses Licht mindestens teilweise Licht der ersten Polarisationsart umfasst und mindestens das zweite Merkmal aufweist.
The 1 shows a schematic diagram of the lighting device according to the invention 1a which can be operated in at least two operating modes B1 and B2 and comprises the following components:
  • - an extensive backlight 2 that emits light with a first characteristic,
  • - One in the viewing direction (here in the plane of the drawing from above) in front of the background lighting 2 located, plate-shaped light guide 3 , which decoupling elements on at least one of the large areas and / or within its volume 6th having, wherein the light guide 3 for that from the backlight 2 outgoing light is at least 70% transparent,
  • - laterally on the narrow sides of the light guide 3 arranged illuminants 4th ,
  • - With a distribution of the decoupling elements 6th on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide 3 is specified so that from the illuminants 4th into the light guide 3 irradiated and from the decoupling elements 6th from the light guide 3 outcoupled light has at least one second feature that differs from the first feature, and the such outcoupled light has a first and a second type of polarization at the same time,
  • - One in the viewing direction in front of the plate-shaped light guide 3 located first optical element 7th , which transmits light of the first type of polarization and reflects light of the second type of polarization,
  • - One behind the plate-shaped light guide in the viewing direction 3 located second optical element 8th , which is designed as a switchable mirror in a first alternative and from the direction of the light guide 3 Originating light optionally reflected, which in a second alternative permanently reflects and partially transmits light at the same time, or which in a third alternative reflects and / or transmits light depending on polarization,
  • - where in operating mode B2 the background lighting 2 one and the bulbs 4th are switched off, and in operating mode B1 at least the lighting means 4th are switched on,
  • - so that in operating mode B2 only light from the background lighting 2 with the first feature from the lighting device 1a is emitted, and so that in the operating mode B1 at least light from the light guide 3 from the lighting device 1a is emitted, this light at least partially comprising light of the first polarization type and having at least the second feature.

Die beiden Betriebsarten B1 und B2 unterscheiden sich also dadurch, dass in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung 2 ein- und die Leuchtmittel 4 (an einer oder mehreren Schmalseiten des Lichtleiters 4) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel 4 (an der/den Schmalseite(n) des Lichtleiters 4) eingeschaltet sind. Dabei wird nur Licht berücksichtigt, was ursprünglich von den Leuchtmitteln 4 in den Lichtleiter 3 eingestrahlt und von diesem anschließend wieder über die Auskoppelelemente 6 abgestrahlt wurde, wobei die Abstrahlung nahezu ausschließlich über die Auskoppelemente 6 erfolgt.The two operating modes B1 and B2 differ in that in operating mode B2 the background lighting 2 one and the bulbs 4th (on one or more narrow sides of the light guide 4th ) are switched off, and in operating mode B1 at least the lamps 4th (on the narrow side (s) of the light guide 4th ) are switched on. Only light is taken into account, which originally came from the light sources 4th into the light guide 3 irradiated and from this then again via the decoupling elements 6th was emitted, the radiation almost exclusively via the decoupling elements 6th he follows.

Für die erste und zweite Polarisation kommen insbesondere zwei senkrecht zueinander stehende, lineare Polarisationsebenen in Frage. Es ist aber auch möglich, andere Polarisationsarten zu verwenden, wie etwa zirkular und/oder elliptisch.For the first and second polarization, two mutually perpendicular, linear polarization planes are particularly suitable. However, it is also possible to use other types of polarization, such as circular and / or elliptical.

Für die Erfindung ist wesentlich, dass Licht der zweiten Polarisation durch das erste optische Element 7 in Richtung des zweiten optischen Elements 8 zurückgeworfen wird und somit zunächst in der Beleuchtungseinrichtung 1a verbleibt. Da aus einem Lichtleiter 3 in Beleuchtungseinrichtung 1a regelhaft unpolarisiertes Licht ausgekoppelt wird, würde dieses Licht der zweiten Polarisation normalerweise für die Nutzbilanz verloren gehen. Erfindungsgemäß wird dieses jedoch durch das erste optische Element 7 reflektiert, geht dann durch den Lichtleiter 3 hindurch und wird dann aufgrund des optischen Elements 8 teilweise oder ganz in Richtung erstes optisches Element 7 zurückgeworfen.It is essential for the invention that light of the second polarization passes through the first optical element 7th in the direction of the second optical element 8th is thrown back and thus initially in the lighting device 1a remains. Since from a light guide 3 in lighting device 1a Normally unpolarized light is coupled out, this light of the second polarization would normally be lost for the useful balance. According to the invention, however, this is achieved by the first optical element 7th reflected, then goes through the light guide 3 through and then becomes due to the optical element 8th partially or entirely in the direction of the first optical element 7th thrown back.

Licht der ersten Polarisation geht ungehindert durch das erste optische Element 7 hindurch. Aufgrund von Streuung und damit verbundener Polarisationszerstörung (z.B. durch Streuung an einer Oberfläche im Aufbau der Beleuchtungseinrichtung 1a, Streuung an den Auskoppelelementen 6 und/oder im Volumen des Lichtleiters 3) und/oder -in weiter unten noch beschriebenen Ausgestaltungen- direkter bzw. definierter Polarisationsänderung durch eine oder mehrere dedizierte Schichten (wie etwa Wellenplatten), enthält das dann mindestens teilweise wieder in Richtung des ersten optischen Elements 7 zurückreflektierte Licht mindestens teilweise die erste Polarisationseigenschaft, so dass der entsprechende Lichtanteil durch das erste optische Element 7 hindurchdringen und als Nutzlicht der ersten Polarisation verwendet werden kann.Light of the first polarization passes through the first optical element unimpeded 7th through. Due to scattering and the associated destruction of polarization (e.g. through scattering on a surface in the structure of the lighting device 1a , Scattering at the decoupling elements 6th and / or in the volume of the light guide 3 ) and / or - in embodiments described below - direct or defined polarization change through one or more dedicated layers (such as waveplates) then contains this again at least partially in the direction of the first optical element 7th light reflected back at least partially the first polarization property, so that the corresponding light component through the first optical element 7th can penetrate and be used as useful light of the first polarization.

Auf diese Weise wird erfindungsgemäß mindestens ein Teil des Lichts recycelt, welches mit der zweiten Polarisation auf das erste optische Element 7 trifft, ohne die Möglichkeit zur Einschaltung der Hintergrundbeleuchtung 2 mit Licht eines ersten Merkmals zu verunmöglichen.In this way, according to the invention, at least part of the light is recycled, which with the second polarization on the first optical element 7th hits without the ability to turn on the backlight 2 to make a first feature impossible with light.

Weiterhin wird aufgrund des optischen Elements 8 Licht teilweise oder ganz in Richtung des ersten optischen Elements 7 zurückgeworfen, welches von vornherein ungewollt aus dem Lichtleiter 3 in Richtung des zweiten optischen Elements 8 ausgekoppelt wurde (ohne direkt nach seiner Auskopplung auf das erste optische Element 7 zu treffen). Dies ist ein weiterer Vorteil für die Nutzungsbilanz des Lichtes.Furthermore, due to the optical element 8th Light partially or entirely in the direction of the first optical element 7th thrown back, which from the start unintentionally from the light guide 3 in the direction of the second optical element 8th was decoupled (without directly after its decoupling on the first optical element 7th hold true). This is a further advantage for the usage balance of the light.

Es muss hervorgehoben werden, dass die vorgenannten Mechanismen des Polarisationsrecyclings in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1a stattfinden, vollkommen oder nahezu vollkommen ohne das erste Merkmal des von der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgesandten Lichts zu zerstören, was im Stand der Technik unbekannt ist.It must be emphasized that the aforementioned mechanisms of polarization recycling in the lighting device according to the invention 1a take place completely or almost completely without the first characteristic of the backlight 2 to destroy emitted light, which is unknown in the prior art.

Ein besonders großer Vorteil, der sich durch das erfindungsgemäße Polarisationsrecycling ergibt, besteht darin, dass wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1a im Zusammenspiel mit einem LCD-Panel als Bildgeber 5 (wie weiter unten noch beschrieben ist) verwendet wird, somit eine höhere Helligkeit erzielt wird, weil mehr vorpolarisiertes Licht der ersten Polarisation in Richtung des LCD-Panels abgeben wird, als in Systemen ohne die erfindungsgemäßen Merkmale.A particularly great advantage that results from the polarization recycling according to the invention is that if the lighting device according to the invention 1a in conjunction with an LCD panel as an image generator 5 (as will be described further below) is used, so that a higher brightness is achieved because more pre-polarized light of the first polarization is emitted in the direction of the LCD panel than in systems without the features according to the invention.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus und die Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus ausgelegt, indem

  • - die flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung 2 Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei dieser eingeschränkte Winkelbereich dem ersten Merkmal des Lichts entspricht,
  • - wobei die Auskoppelelemente 6 in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt sind, dass der Lichtleiter 3 auf mindestens 50% seiner Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, gemessen gemäß ASTM D1003, wodurch das von der Hintergrundbeleuchtung 2 mindestens in der Betriebsart B2 in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlte Licht beim Durchgang durch den Lichtleiter 3 höchstens geringfügig außerhalb des besagten Winkelbereichs gestreut wird,
  • - wobei ferner eine Verteilung der Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln 4 in den Lichtleiter 3 eingestrahltes und von den Auskoppelelementen 6 aus dem Lichtleiter 3 ausgekoppeltes Licht in einen Winkelbereich größer als 60° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen des Lichtleiters 3 senkrechte Vorzugsrichtungen abgestrahlt wird, was dem zweiten Merkmal des Lichts entspricht.
In a preferred embodiment of the invention, the operating mode B1 is designed for a free viewing mode and the operating mode B2 for a restricted viewing mode by
  • - the extensive backlighting 2 Emits light in a restricted angular range, this restricted angular range corresponding to the first characteristic of the light,
  • - The decoupling elements 6th are chosen in their number per area and in their extension such that the light guide 3 has an average haze value of less than 7% on at least 50% of its area, measured in accordance with ASTM D1003, whereby that of the Backlight 2 Light emitted at least in operating mode B2 in a restricted angular range when passing through the light guide 3 is scattered at most slightly outside the said angular range,
  • - In addition, a distribution of the decoupling elements 6th on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide 3 is specified so that from the illuminants 4th into the light guide 3 irradiated and from the decoupling elements 6th from the light guide 3 outcoupled light in an angular range greater than 60 ° based on one or two specified, to each other and to the surface normal of the light guide 3 perpendicular preferred directions is emitted, which corresponds to the second characteristic of light.

Als eingeschränkter Winkelbereich kann grundsätzlich jeder Bereich in Frage kommen, der kleiner als der Halbraum vor der Hintergrundbeleuchtung ist; bevorzugt ist hier aber z.B. ein Winkelbereich von +/-20 oder +/- 30 Grad oder +/- 45 Grad horizontal und / oder vertikal oder als Konus um die Flächennormale bzw. einen wählbaren Richtungsvektor auf der Hintergrundbeleuchtung gemeint; kleine Lichtmengen von weniger als 1% bis 5% Maximal-Helligkeit können bei der Definition des eingeschränkten Winkelbereichs außer Betracht bleiben. Die Begriffe „vertikal“ und „horizontal“ beziehen sich dabei zunächst allgemein auf zwei senkrecht zueinander liegende Vorzugsrichtungen auf der Fläche der Hintergrundbeleuchtung 2 oder einer Großfläche eines Lichtleiters 3, die im Betrieb je nach Orientierung des mit der Beleuchtungseinrichtung 1a verwendeten, in der Regel fixierten Bildschirms 5, einer tatsächlich in Bezug auf die Position eines Betrachters und damit der Erdoberfläche horizontalen oder vertikalen Richtung entsprechen.In principle, any area that is smaller than the half-space in front of the background lighting can be considered as a restricted angular range; Preferably, however, an angular range of +/- 20 or +/- 30 degrees or +/- 45 degrees horizontally and / or vertically or as a cone around the surface normal or a selectable direction vector on the background lighting is meant here; small amounts of light of less than 1% to 5% maximum brightness can be disregarded when defining the restricted angular range. The terms “vertical” and “horizontal” initially relate generally to two preferred directions that are perpendicular to one another on the surface of the background lighting 2 or a large area of a light guide 3 in operation depending on the orientation of the lighting device 1a used, usually fixed screen 5 , one actually corresponding to the position of an observer and thus the earth's surface horizontal or vertical direction.

Zwar können das erste und das zweite Merkmal des Lichts jeweils unterschiedliche Farben bzw. Farbtemperaturen des jeweiligen Lichts einschließen oder ausschließlich bilden. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass das erste und das zweite Merkmal des Lichts jeweils unterschiedliche Lichtmuster einschließen oder ausschließlich bilden. Im Folgenden sollen jedoch nur Fälle betrachtet werden, in denen ein eingeschränkter Winkelbereich dem ersten Merkmal des Lichts und die Auskopplung von Licht in einen Winkelbereich größer als 60° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen des Lichtleiters 3 senkrechte Vorzugsrichtungen dem zweiten Merkmal des Lichts entspricht.It is true that the first and second features of the light can each include or exclusively form different colors or color temperatures of the respective light. As an alternative or in addition, it is also possible for the first and second features of the light to each include or exclusively form different light patterns. In the following, however, only cases are to be considered in which a restricted angular range corresponds to the first feature of light and the coupling of light in an angular range greater than 60 ° in relation to one or two specified, to one another and to the surface normal of the light guide 3 preferred perpendicular directions corresponds to the second characteristic of light.

Weiterhin ist es möglich, dass eine Verteilung der Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln 4 in den Lichtleiter 3 eingestrahltes und von den Auskoppelelementen 6 aus dem Lichtleiter 3 ausgekoppeltes Licht die folgenden Bedingung erfüllt:

  • - mehr als 40% der auf einer der Großflächen zwischen einem Winkelbereich
  • - von -50° und +50° zur Flächennormalen der Großfläche ausgekoppelten Lichtmenge wird zwischen einem Winkelbereich von -20° und +20° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen senkrechte Vorzugsrichtungen abgestrahlt, und / oder mehr als 60% der auf einer der Großflächen zwischen einem Winkelbereich von -60° und +50° zur Flächennormalen der Großfläche ausgekoppelten Lichtmenge wird zwischen einem Winkelbereich von -30° und +30° bezogen auf die eine oder zwei Vorzugsrichtungen abgestrahlt.
It is also possible for the decoupling elements to be distributed 6th on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide 3 is specified so that from the illuminants 4th into the light guide 3 irradiated and from the decoupling elements 6th from the light guide 3 outcoupled light fulfills the following condition:
  • - more than 40% of the on one of the large areas between an angular range
  • - The amount of light coupled out from -50 ° and + 50 ° to the surface normal of the large area is emitted between an angle range of -20 ° and + 20 ° in relation to one or two specified preferred directions perpendicular to each other and to the surface normal, and / or more than 60% of the on one of the large areas between an angle range of -60 ° and + 50 ° to the surface normal of the large area, the amount of light decoupled is emitted between an angle range of -30 ° and + 30 ° in relation to one or two preferred directions.

In allen Zeichnungen außer 1 sind die Leuchtmittel 4 und die Auskoppelelemente 6 der besseren Übersicht halber nicht dargestellt. Sie sind aber selbstredend in jedem Fall vorhanden.In all drawings except 1 are the bulbs 4th and the decoupling elements 6th not shown for the sake of clarity. Of course, they are always there.

Besonders vorteilhaft wird -wie in 1a gezeigt- vermittels der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung 1a ein Bildschirm 1 generiert, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann. Dieser umfasst:

  • - eine erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung 1a, wie vorstehend beschrieben, sowie
  • - einen in Betrachtungsrichtung vor dem Lichtleiter 3 angeordneten transmissiven Bildgeber 5, in welchen optional das erste optische Element 7 direkt integriert ist.
As in 1a shown by means of the lighting arrangement according to the invention 1a a screen 1 generated, which can be operated in at least two operating modes B1 for a free viewing mode and B2 for a restricted viewing mode. This includes:
  • - A lighting arrangement according to the invention 1a as described above, as well as
  • - One in the viewing direction in front of the light guide 3 arranged transmissive imager 5 , in which optionally the first optical element 7th is directly integrated.

Alle folgenden Ausgestaltungsvarianten, dargestellt in den Zeichnungen 2-9, basieren auf der Nutzung eines solchen Bildgebers 5.All of the following design variants, shown in the drawings 2-9 , are based on the use of such an imager 5 .

Bei einem solchen Bildgeber 5 handelt es sich beispielsweise um ein LCD-Panel, in welches beleuchtungsseitig z.B. ein Wire-Grid-Polarisator eingebaut ist. Derartige LCD-Panels sind am Markt verfügbar. Anstelle des Wire-Grid-Polarisators kann aber auch z.B. eine DBEF-Folie eingesetzt werden, die dann nicht direkt in das LCD-Panel integriert ist.With such an imager 5 it is, for example, an LCD panel in which a wire-grid polarizer, for example, is installed on the lighting side. Such LCD panels are available on the market. Instead of the wire-grid polarizer, however, a DBEF film, for example, can also be used, which is then not directly integrated into the LCD panel.

Ferner ist es für einige Anwendungen vorteilhaft, dass der besagte eingeschränkte Winkelbereich als erstes Merkmal des Lichts asymmetrisch um die Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgebildet ist. Die asymmetrische Ausbildung erfolgt bevorzugt in einer der Vorzugsrichtungen. Dies ist insbesondere bei Anwendungen im Fahrzeug hilfreich, etwa wenn ein mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1a zu erstellender Bildschirm 1 als sogenanntes Center-Information-Display im Armaturenbrett etwa in der Mitte zwischen Fahrer und Beifahrer angeordnet ist. Dann muss der in der Betriebsart B2 ausschließlich für den Beifahrer freigegebene, eingeschränkte Winkelbereich für die Sicht asymmetrisch gestaltet, also auf den Beifahrer gerichtet, sein. Die Vorzugsrichtung, in welcher die Asymmetrie ausgebildet ist, entspricht hier der Horizontalen.Furthermore, it is advantageous for some applications that the said restricted angular range is the first feature of the light to be asymmetrical about the surface normal of the background lighting 2 is trained. The asymmetrical design is preferably carried out in one of the preferred directions. This is particularly helpful for applications in the vehicle, for example when using the lighting device according to the invention 1a screen to be created 1 as a so-called center information display in the The dashboard is located approximately in the middle between the driver and front passenger. In this case, the restricted angular range released exclusively for the front passenger in operating mode B2 must be designed asymmetrically for the view, i.e. directed towards the front passenger. The preferred direction in which the asymmetry is formed corresponds here to the horizontal.

Bei dem ersten optischen Element 7 kann es sich um einen reflektierenden Polarisator, bevorzugt um einen Wiregrid-Polarisator und/oder einen DBEF™ -Folie von 3M, handeln.With the first optical element 7th it can be a reflective polarizer, preferably a wiregrid polarizer and / or a DBEF ™ film from 3M.

Weiterhin kann das zweite optische Element 8 ein schaltbarer Spiegel sein, welcher aus Richtung des Lichtleiters 3 herrührendes Licht beim Einschalten der Spiegelfunktion reflektiert und ansonsten Licht, egal welcher Einfallsrichtung, überwiegend transmittiert.Furthermore, the second optical element 8th be a switchable mirror, which from the direction of the light guide 3 When the mirror function is switched on, light is reflected and otherwise light, regardless of the direction of incidence, is predominantly transmitted.

Dies ist in 2, 3 und 4 schematisch gezeigt.This is in 2 , 3 and 4th shown schematically.

Hier sind in diversen Variationen im Strahlengang noch lambda-4-Wellenplatten 9/9a, eine oder zwei Lamellenfilter 10, DBEF-Schichten 11 und/oder schwach streuende Schichten 12 vorhanden (die Elemente 10 und 11 entsprechen als Teile der zeichnerisch nicht komplett dargestellten Hintergrundbeleuchtung 2).There are also lambda-4 wave plates 9 / 9a, one or two lamellar filters in various variations in the beam path 10 , DBEF layers 11 and / or weakly scattering layers 12th present (the elements 10 and 11 correspond as parts of the background lighting, which is not completely shown in the drawing 2 ).

Bei den schwach streuenden Schichten 12 kann es sich beispielsweise um einen anamorphotischen oder homogenen Diffusor handeln.With the weakly scattering layers 12th it can be, for example, an anamorphic or homogeneous diffuser.

In den Zeichnungen 3-9 ist die Hintergrundbeleuchtung 2 nicht eingezeichnet. Vielmehr ist diese hierbei jeweils durch einige ihrer Bestandteile unterhalb des zweiten optischen Elements 8 angedeutet, z.B. durch den Lamellenfilter 10 und/oder die DBEF 11 und/oder die Wellenplatte 9a. In jedem Falle schließt sich die Hintergrundbeleuchtung 2 stets in Betrachtungsrichtung des zweiten optischen Elements 8 an.In the drawings 3-9 is the backlight 2 not shown. Rather, this is in each case below the second optical element due to some of its components 8th indicated, for example by the lamellar filter 10 and / or the DBEF 11 and / or the wave plate 9a . In any case, the backlight closes 2 always in the viewing direction of the second optical element 8th at.

Die Effizienz der Erfindung in Bezug auf das Polarisationsrecycling kann dadurch gesteigert werden, dass wie vorstehend beschrieben mindestens eine Wellenplatte 9 / 9a und/oder eine Streuschicht 12 in der Beleuchtungseinrichtung 1a vorhanden ist. Diese kann permanent oder schaltbar wirkend ausgestaltet sein.The efficiency of the invention with regard to polarization recycling can be increased by the fact that, as described above, at least one wave plate 9 / 9a and / or a diffusion layer 12th in the lighting device 1a is available. This can be designed to be permanent or switchable.

In den genannten Variationen ist es möglich, dass in Betrachtungsrichtung unterhalb -jedoch nicht unbedingt in unmittelbar unterhalb- des Lichtleiters 3 mindestens eine lambda/4- oder eine lambda-3/4- Wellenplatte 9 und/oder eine anamorphotische oder eine andere Streuschicht vorhanden ist, welche vom ersten optischen Element 7 durch den Lichtleiter 3 zurückreflektiertes Licht der zweiten Polarisation in seinen Polarisationseigenschaften ändert, sowohl bevor und nachdem dieses auf das optische Element 8 zur Rückreflexion in Richtung Lichtleiter 3 trifft.In the variations mentioned, it is possible that in the viewing direction below - but not necessarily directly below - the light guide 3 at least one lambda / 4 or one lambda 3/4 wave plate 9 and / or an anamorphic or other scattering layer is present, which is from the first optical element 7th through the light guide 3 light of the second polarization reflected back changes in its polarization properties both before and after it hits the optical element 8th for back reflection in the direction of the light guide 3 meets.

Alternativ ist es möglich, dass das zweite optische Element 8 ein Strahlteiler ist, welcher Licht permanent gleichzeitig teilweise reflektiert und transmittiert. Das Strahlteilungsverhältnis kann hier zweckmäßig gewählt werden, beispielsweise 40/60, 50/50 oder 60/40. Andere Varianten sind möglich.Alternatively, it is possible that the second optical element 8th is a beam splitter, which permanently reflects and partially transmits light at the same time. The beam splitting ratio can expediently be selected here, for example 40/60, 50/50 or 60/40. Other variants are possible.

Derartige Ausgestaltungen sind in den 5, 6 und 7 gezeigt.Such configurations are in the 5 , 6th and 7th shown.

Auch hier sind wieder in diversen Variationen im Strahlengang noch lambda-4-Wellenplatten 9 / 9a, einen oder zwei Lamellenfilter 10 und/oder DBEF-Schichten 11 (die Elemente 10 und 11 entsprechen als Teile der zeichnerisch nicht komplett dargestellten Hintergrundbeleuchtung 2) vorhanden.Here, too, there are again lambda-4 wave plates 9 / 9a, one or two lamellar filters in various variations in the beam path 10 and / or DBEF layers 11 (the Elements 10 and 11 correspond as parts of the background lighting, which is not completely shown in the drawing 2 ) available.

Schließlich sind weitere Varianten denkbar, etwa wenn in einer dritten Alternative Licht polarisationsabhängig reflektiert und/oder transmittiert wird. Hierbei handelt es sich beispielsweise um chiral-selektive Spiegel (schaltbar oder nicht schaltbar). Hierzu wurde keine separate Zeichnung beigefügt.Finally, further variants are conceivable, for example if, in a third alternative, light is reflected and / or transmitted as a function of polarization. These are, for example, chiral-selective mirrors (switchable or not switchable). No separate drawing was attached for this.

In 8 ist ein Sonderfall dargestellt: Der Spiegel 8a als zweites optisches Element ist hier nicht schaltbar. Dabei kann es sich bei dem Spiegel 8a z.B. um einen ESR-Reflektor von 3M, um einen metallischen Spiegel oder um einen weißen Reflektor handeln.In 8th a special case is shown: the mirror 8a the second optical element cannot be switched here. This can be the case with the mirror 8a For example an ESR reflector from 3M, a metallic mirror or a white reflector.

Eine Wellenplatte 9 kann sich auch oberhalb des Lichtleiters 3 befinden, wie in 9 dargestellt.A wave plate 9 can also be located above the light guide 3 as in 9 shown.

Ferner ist es für die Erfindung von Vorteil, wenn ein Bildgeber 5 verwendet wird, der aus Pixeln zusammengesetzt ist, die wiederum aus Subpixeln bestehen, und jede Abmessung der besagten Auskoppelelemente 6 in Höhe, Tiefe und Breite kleiner ist als das Minimum aus Breite und Höhe der Subpixel eines verwendeten Bildgebers, d.h. kleiner als das Minimum dieser beiden Werte. Bevorzugt ist jede Abmessung der besagten Auskoppelelemente 6 in Höhe, Tiefe und Breite sogar um einen Faktor 1,3; 1,5 oder 2,0 kleiner als das Minimum aus Breite und Höhe der Subpixel eines verwendeten Bildgebers 5. Das Bild wird auf diese Weise homogener und es lassen sich Überlagerungserscheinungen von Strukturmuster und Subpixelmuster u.U. vermeiden.It is also advantageous for the invention if an image generator 5 is used, which is composed of pixels, which in turn consist of sub-pixels, and each dimension of the said decoupling elements 6th is smaller in height, depth and width than the minimum of the width and height of the subpixels of an imager used, ie smaller than the minimum of these two values. Any dimension of the said decoupling elements is preferred 6th in height, depth and width even by a factor of 1.3; 1.5 or 2.0 smaller than the minimum of the width and height of the subpixels of an imager used 5 . In this way, the image becomes more homogeneous and, under certain circumstances, superimposition of structural patterns and subpixel patterns can be avoided.

Die Hintergrundbeleuchtung 2 besteht beispielsweise aus

  • - einem flächigen Strahler, vorzugsweise einem Lichtleiter mit seitlich oder auf der Rückseite angeordneten Leuchtmitteln (zeichnerisch nicht dargestellt),
  • - mindestens einem in den flächigen Strahler integrierten und / oder davor angeordneten Lichtkollimator 10, wie etwa einem Licht-Control-Filter (Lamellenfilter oder vergleichbares Element) und/oder einem oder mehreren Prismenfolien, wie etwa einer DBEF,
  • - optional kann auch hier weiterhin mindestens eine Wellenplatte 9a (lambda/4 oder lambda-3/4) enthalten sein.
The backlight 2 consists for example of
  • - a flat spotlight, preferably a light guide with lamps arranged on the side or on the back (not shown in the drawing),
  • - At least one light collimator integrated into the flat spotlight and / or arranged in front of it 10 such as a light control filter (lamella filter or comparable element) and / or one or more prismatic foils, such as a DBEF,
  • - Optionally, at least one wave plate can also be used here 9a (lambda / 4 or lambda-3/4).

Entsprechend kann also die Hintergrundbeleuchtung 2 grundsätzlich aufgebaut sein wie ein LED-Backlight, beispielsweise als sogenanntes Side-light, Edgelight, Direct LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder als ein anderer Flächenstrahler, auf welchen z.B. mindestens ein permanenter Privacy-Filter 10 (mit Mikrolamellen) aufgebracht ist. Andere Varianten sehen den Einsatz von sogenannten „Directed Backlights“, also gerichteten Hintergrundbeleuchtungen, vor.The background lighting can be accordingly 2 basically be constructed like an LED backlight, for example as a so-called side light, edge light, direct LED backlight, edge LED backlight, OLED or as another surface emitter, on which, for example, at least one permanent privacy filter 10 (with micro lamellas) is applied. Other variants provide for the use of so-called "Directed Backlights", that is, directional background lighting.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass für die Betriebsart B1 in Abhängigkeit von vorgegebenen Grenzwinkeln σ, γ das ausgekoppelte Licht, welches aus dem Lichtleiter in einem Winkel β austritt, an jedem Punkt der Oberfläche des Lichtleiters 3 in Winkelbereichen, die den Bedingungen 80° > β > γ und / oder -80° < β < -σ, mit 10° < γ < 80° und 10° < σ < 80° genügen, bevorzugt γ = σ = 40°, gemessen senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters 3 und in mindestens einer der beiden Vorzugsrichtungen maximal 80%, bevorzugt 60% besonders bevorzugt maximal 50% von der Lichtstärke aufweist, die das Licht aufweist, welches von einem solchen Punkt der Oberfläche des Lichtleiters 3 entlang der Normalen der Oberfläche austritt. Die Vorzugsrichtung ist dabei oft die vertikale Orientierung. Ein negativer Winkel wird dabei o.B.d.A. (ohne Beschränkung der Allgemeinheit) derjenigen Seite zugeordnet, auf der das Licht eingekoppelt wird, ein Winkel von -90° entspricht also einer Richtung, aus der eingekoppelt wird. Die Grenzwinkel σ, γ werden dabei fest vorgegeben, und zwar anhand der für die jeweilige Anwendung gewünschten optischen Leistung. Im Falle der besonders bevorzugten Grenzwinkel γ = σ = 40° gilt die Lichtstärkebedingung dann nur für Winkel zwischen -40° und - 80° sowie 40° und 80°. Je kleiner die Grenzwinkel σ, γ jeweils sind, umso mehr wird das Licht in der bzw. den entsprechenden Vorzugsrichtungen zur Mittelsenkrechten konzentriert. Beispielsweise können im PKW, wo Fahrer und Beifahrer in der Betriebsart B1 in relativ gut zu definierenden Betrachtungswinkeln auf einen Bildschirm 1 mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1a schauen, die Grenzwinkel σ, γ eher kleiner als 40° gewählt werden. Demgegenüber können in einem Laptop aufgrund der Klappbarkeit des Bildschirms 1 und des universalen Einsatzszenarios hinsichtlich der Betrachtungswinkel verschiedener Personen Werte um 40° oder größer sinnvoll sein. Die 80°-Grenze kann unter Umständen auch 70° betragen. Diesbezüglich zeigt 10 eine schematische Darstellung zur Definition der vertikalen Richtung des zu messenden Winkels β, wobei der Lichtleiter 3 (wie auch der nicht dargestellte Bildgeber 5) im Landscape-Modus angeordnet ist, d.h. die Langseiten befinden sich oben und unten. Die Strichpunktlinie stilisiert eine senkrecht auf der Oberfläche des Lichtleiters 3 stehende Richtung, zu der in vertikaler Ausrichtung bzw. Ebene, hier durch den mit „V“ beschrifteten Doppelpfeil gekennzeichnet, der Winkel β gemessen wird.A further advantageous embodiment of the invention provides that for the operating mode B1, depending on predetermined critical angles σ, γ, the decoupled light, which exits the light guide at an angle β, at each point on the surface of the light guide 3 in angular ranges that meet the conditions 80 °>β> γ and / or -80 ° <β <-σ, with 10 ° <γ <80 ° and 10 ° <σ <80 °, preferably γ = σ = 40 °, measured perpendicular to the surface of the light guide 3 and in at least one of the two preferred directions has a maximum of 80%, preferably 60%, particularly preferably a maximum of 50% of the light intensity that the light has, which comes from such a point on the surface of the light guide 3 emerges along the normal of the surface. The preferred direction is often the vertical orientation. A negative angle is assigned (without loss of generality) to the side on which the light is coupled in, so an angle of -90 ° corresponds to a direction from which the coupling is made. The critical angles σ, γ are fixedly specified, based on the optical performance desired for the respective application. In the case of the particularly preferred critical angle γ = σ = 40 °, the light intensity condition then only applies to angles between -40 ° and -80 ° and 40 ° and 80 °. The smaller the critical angles σ, γ in each case, the more the light is concentrated in the respective preferred direction or directions to the perpendicular. For example, in a car, where the driver and front passenger are in operating mode B1, viewing angles that can be defined relatively well can be viewed on a screen 1 with the lighting device according to the invention 1a look, the critical angles σ, γ are chosen to be smaller than 40 °. In contrast, in a laptop, due to the foldability of the screen 1 and the universal application scenario with regard to the viewing angles of different people, values of 40 ° or greater make sense. Under certain circumstances, the 80 ° limit can also be 70 °. In this regard shows 10 a schematic representation for the definition of the vertical direction of the angle to be measured β, wherein the light guide 3 (as well as the imager, not shown 5 ) is arranged in landscape mode, ie the long sides are at the top and bottom. The dash-dotted line stylizes a line perpendicular to the surface of the light guide 3 standing direction to which the angle β is measured in vertical alignment or plane, here marked by the double arrow labeled "V".

Dadurch wird z.B. eine Verminderung von störenden Reflektionen in der Windschutzscheibe, vor allem bei Nachtfahrten, erzielt, wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1a in einem Bildschirm 1 in einem Fahrzeug eingebaut ist.In this way, for example, a reduction in disruptive reflections in the windshield, especially when driving at night, is achieved when the lighting device according to the invention is used 1a in one screen 1 is installed in a vehicle.

Die geforderten, für die Erfindung wesentlichen Eigenschaften für die Auskoppelelemente 6 hinsichtlich ihrer Anzahl pro Flächeneinheit, ihrer Form und Ausdehnung in drei Dimensionen sowie ihrer Verteilung auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 können beispielsweise mit einer Optik-Simulationssoftware wie etwa „LightTools“ der Firma Synopsis oder anderer Anbieter bestimmt und dann entsprechend physisch umgesetzt werden.The required properties for the decoupling elements that are essential for the invention 6th in terms of their number per unit area, their shape and extent in three dimensions and their distribution over at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide 3 can, for example, be determined with optical simulation software such as "LightTools" from Synopsis or other providers and then physically implemented accordingly.

Es ist möglich, dass Auskoppelelemente 6 auf beiden Großflächen und zusätzlich optional im Volumen angebracht sind.It is possible that decoupling elements 6th on both large areas and optionally in the volume.

Der Lichtleiter 3 kann aus einem transparenten, thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff oder aus Glas bestehen.The light guide 3 can consist of a transparent, thermoplastic or thermoelastic plastic or of glass.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Verteilung der Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 so vorgegeben ist, dass das ausgekoppelte Licht auf mindestens 70% der Fläche des Lichtleiters 3 eine Leuchtdichtehomogenität von mindestens 70% erreicht.It is also advantageous if the distribution of the decoupling elements 6th on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide 3 is specified so that the decoupled light on at least 70% of the area of the light guide 3 a luminance homogeneity of at least 70% is achieved.

Die Auskoppelelemente 6 weisen maximale Abmessungen von 100 µm, bevorzugt jedoch zwischen 1 µm und 30 µm auf.The decoupling elements 6th have maximum dimensions of 100 μm, but preferably between 1 μm and 30 μm.

Bei den Auskoppelelementen 6 handelt es sich in der Regel um Mikrolinsen und / oder Mikroprismen und / oder diffraktive Strukturen und / oder dreidimensionale Strukturelemente und / oder Streuelemente. Im Falle von diffraktiven Strukturen kann es sich beispielsweise um ein Hologramm bzw. ein Gitter/Beugungsgitter handeln.With the decoupling elements 6th it is usually microlenses and / or microprisms and / or diffractive structures and / or three-dimensional structural elements and / or scattering elements. In the case of diffractive structures can it is, for example, a hologram or a grating / diffraction grating.

Die Auskoppelelemente 6 sind dabei in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt sind, dass der Lichtleiter auf mindestens 50%, bevorzugt 80% seiner Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, bevorzugt kleiner als 2%, besonders bevorzugt kleiner als 1%, gemessen gemäß ASTM D1003 - wobei hier die Messung gemäß der gebräuchlicheren Prozedur A mit einem Hazemeter als Referenz zugrunde gelegt wird -, wodurch das von der Hintergrundbeleuchtung 2 mindestens in der Betriebsart B2 in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlte Licht beim Durchgang durch den Lichtleiter höchstens geringfügig außerhalb des besagten Winkelbereichs gestreut wird. Unter „geringfügig“ ist beispielsweise zu verstehen, dass - aufgrund des geringen Haze - in einem Winkel von beispielsweise horizontal 40° von der Flächennormalen maximal 1% der Leuchtdichte durch Streuung hinzukommt, die die Beleuchtungseinrichtung 1a in einem Winkel von 0° abstrahlt.The decoupling elements 6th are selected in their number per area and in their extension in such a way that the light guide has an average haze value of less than 7%, preferably less than 2%, particularly preferably less than 1, on at least 50%, preferably 80% of its area %, measured according to ASTM D1003 - the measurement according to the more common procedure A with a hazemeter being used as a reference - which means that from the backlight 2 At least in the operating mode B2 light emitted in a restricted angular range is scattered at most slightly outside of said angular range when passing through the light guide. “Slightly” is to be understood as meaning, for example, that - due to the low haze - at an angle of, for example, 40 ° horizontally from the surface normal, a maximum of 1% of the luminance due to scattering is added by the lighting device 1a emits at an angle of 0 °.

Die Auskoppelelemente 6 können bei der Herstellung des Lichtleiters 3 entsprechend anpassbarer und vorgebbarer Bedingungen für die Auskopplung des Lichts grundsätzlich auf verschiedene Weise in oder auf dem Lichtleiter 3 verteilt werden. Bei den Auskoppelelementen 6 handelt es sich um lokal begrenzte Strukturänderungen im Volumen oder/und auf den Oberflächen des Lichtleiters. Ausdrücklich nicht unter den Begriff des Auskoppelelements 6 fallen daher zusätzliche optische Schichten, die auf den Flächen des Lichtleiters 3 angebracht werden, d.h. z.B. Diffusionsschichten, Reflexionsschichten oder (duale) helligkeitsverstärkende oder auch polarisationsrecycelnde Schichten ((dual) brightness enhancement film - (D)BEF). Diese, nicht unter den Begriff des „Auskoppelelements“ fallenden zusätzlichen Schichten werden mit dem Lichtleiter nur an den Ränder verbunden, liegen im Bereich der Großflächen jedoch nur lose auf und bilden mit dem Lichtleiter 3 keine physische Einheit. Hingegen bilden auf die Großflächen aufgebrachte Lacke, die sich mit dem Lichtleiter 3 durch chemische Reaktionen verbinden, eine physische Einheit, sind nicht mehr voneinander zu trennen; solche Lacke zählen daher nicht als zusätzliche Schicht im oben genannten Sinne.The decoupling elements 6th can be used in the manufacture of the light guide 3 correspondingly adaptable and predeterminable conditions for the coupling out of the light basically in different ways in or on the light guide 3 be distributed. With the decoupling elements 6th it concerns locally limited structural changes in the volume and / or on the surfaces of the light guide. Expressly not included in the term decoupling element 6th therefore additional optical layers fall on the surfaces of the light guide 3 be applied, ie for example diffusion layers, reflective layers or (dual) brightness-enhancing or polarization-recycling layers ((dual) brightness enhancement film - (D) BEF). These additional layers, which do not fall under the concept of the “decoupling element”, are only connected to the light guide at the edges, but only lie loosely in the area of the large areas and form with the light guide 3 no physical unit. On the other hand, paints applied to the large areas form, which are combined with the light guide 3 connect by chemical reactions, a physical unit, can no longer be separated from each other; such lacquers therefore do not count as an additional layer in the above sense.

Die Struktur der Auskoppelelemente 6 kann vorgegeben werden, so dass die Wirkung eines jeden Auskoppelelements 6 zumindest näherungsweise bekannt ist und Eigenschaften des Lichtleiters 3 bzw. des aus dem Lichtleiter 3 tretenden Lichts gezielt durch eine vorgebbare Verteilung der Auskoppelelemente 6 festgelegt werden können.The structure of the decoupling elements 6th can be specified so that the effect of each decoupling element 6th is at least approximately known and properties of the light guide 3 or from the light guide 3 emerging light in a targeted manner through a predeterminable distribution of the decoupling elements 6th can be set.

Wenn die Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters 3 angebracht sind, so werden diese vorteilhaft aus einem mit einem Werkzeug strukturierten Kunststoff oder Glas gebildet, dessen Struktur vermittels eines Werkzeuges eingeprägt wurde. Dies ist z.B. in Massenproduktion möglich, indem auf ein Lichtleitersubstrat ein UV-härtendes Material - z.B. ein Lack, ein Monomer etc. - aufgebracht wird, welches vermittels eines Werkzeuges strukturiert und durch UV-Strahlung ausgehärtet, z.B. polymerisiert wird. Andere durch Strahlung härtende Materialien können ebenfalls eingesetzt werden. Die Ausbildung der Aussparungen zur Realisierung der Auskoppelelemente 6 lässt sich beispielsweise mechanisch, lithographisch oder drucktechnisch realisieren, oder aber auch materialauftragend, -umwandelnd, -abtragend oder -auflösend.When the decoupling elements 6th on at least one of the large areas of the light guide 3 are attached, these are advantageously formed from a plastic or glass structured with a tool, the structure of which was embossed by means of a tool. This is possible, for example, in mass production by applying a UV-curing material - eg a lacquer, a monomer, etc. - to a light guide substrate, which is structured by means of a tool and cured by UV radiation, eg polymerized. Other radiation curing materials can also be used. The formation of the recesses for realizing the decoupling elements 6th can be realized mechanically, lithographically or by printing technology, for example, or also by applying, converting, removing or dissolving material.

Damit können z.B. Gitterstrukturen, Mikroprismen - entweder konvex mit Kunststoffanteil auf der Oberfläche nach außen zeigend, und / oder konkav als Einprägung bzw. Aussparung innerhalb der Oberflächenschicht des strukturierten Kunststoffs -, sonstige dreidimensionale Strukturelemente mit anderen Formen, oder auch Mikrolinsen kostengünstig und mit Massenfertigungstauglichkeit umgesetzt werden. Konkav ausgebildete und konvex ausgebildete Strukturen können gleichermaßen zum Einsatz kommen.For example, lattice structures, microprisms - either convex with plastic on the surface pointing outwards, and / or concave as an embossing or recess within the surface layer of the structured plastic -, other three-dimensional structural elements with other shapes, or even microlenses can be implemented inexpensively and with mass production capability become. Concave and convex structures can be used in the same way.

Vorteilhaft ist die Verteilung der Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 so vorgegeben, dass das ausgekoppelte Licht auf mindestens 70% der Fläche des Lichtleiters 3 eine Leuchtdichtehomogenität von 70% erreicht. Die Leuchtdichtehomogenität kann hierzu als Lvmin/Lvmax definiert werden, also als Verhältnis des kleinsten Wertes der Leuchtdichte zum größten Wert pro Flächeneinheit. Eine andere anwendbare Vorschrift zur Definition der Leuchtdichtehomogenität ist in dem „Uniformity Measurement Standard for Displays V1.3“ vom Deutschen Flachdisplay-Forum definiert. Es ist alternativ auch möglich, die Leuchtdichtehomogenität z.B. als 9-Punkt-Test nach ICDM zu definieren.The distribution of the decoupling elements is advantageous 6th on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide 3 specified so that the decoupled light on at least 70% of the area of the light guide 3 a luminance homogeneity of 70% is achieved. The luminance homogeneity can be defined as Lv min / Lv max , i.e. as the ratio of the smallest value of the luminance to the largest value per unit area. Another applicable regulation for the definition of luminance homogeneity is defined in the "Uniformity Measurement Standard for Displays V1.3" by the German Flat Display Forum. Alternatively, it is also possible to define the luminance homogeneity, for example as a 9-point test according to ICDM.

Auf der Oberseite des Bildgebers 5 und / oder auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters 3 wie auch auf mindestens einem der Privacyfilter (Lamellenfilter) 10, wenn vorhanden, können Mittel zur Reflexminderung oder -steuerung, beispielsweise eine Antiglare- und / oder eine Antireflexbeschichtung, angeordnet sein.On top of the imager 5 and / or on at least one of the large areas of the light guide 3 as well as on at least one of the privacy filters (lamella filters) 10 If present, means for reducing or controlling reflection, for example an antiglare and / or an antireflection coating, can be arranged.

Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1a löst die gestellte Aufgabe:

  • Es wurde eine Beleuchtungseinrichtung beschrieben, durch welche flächig verteiltes Licht mindestens zweier verschiedener Merkmale wahlweise umgeschaltet und/oder kombiniert werden kann, wobei dieses Licht in einer definierten Polarisation ausgeben wird. Gleichzeitig wird in der Beleuchtungseinrichtung vorhandenes Licht, welches nicht die definierte Polarisation aufweist, mindestens teilweise derart recycelt, dass es schließlich mit der definierten Position ausgekoppelt wird.
The lighting device according to the invention described above 1a solves the given task:
  • A lighting device has been described by means of which light distributed over a large area of at least two different features can be switched over and / or combined as desired can be, whereby this light is output in a defined polarization. At the same time, light present in the lighting device which does not have the defined polarization is at least partially recycled in such a way that it is finally coupled out with the defined position.

Die vorangehend beschriebene Erfindung kann in Kombination mit einem Bildgeber 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 -wie weiter oben beschrieben- auch im PKW angewendet werden.The invention described above can advantageously be used in combination with an image generator wherever confidential data is displayed and / or entered, such as when entering a PIN or for displaying data at ATMs or payment terminals or for entering passwords or when reading emails on mobile phones Devices. As described above, the invention can also be used in cars.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Bildschirmscreen
1a1a
BeleuchtungseinrichtungLighting device
22
HintergrundbeleuchtungBacklight
33
LichtleiterLight guide
44th
LeuchtmittelBulbs
55
transmissiver Bildgebertransmissive imager
66th
AuskoppelelementeDecoupling elements
77th
optisches Element, welches Licht der ersten Polarisationsart transmittiert und Licht der zweiten Polarisationsart reflektiert (z.B. reflektierenden Polarisator)Optical element that transmits light of the first type of polarization and reflects light of the second type of polarization (e.g. reflective polarizer)
88th
optisches Element (selektiver oder schaltbarer Spiegel oder Strahlteiler)optical element (selective or switchable mirror or beam splitter)
8a8a
Permanenter SpiegelPermanent mirror
99
WellenplatteWave plate
9a9a
WellenplatteWave plate
1010
LamellenfilterLamellar filter
1111
DBEFDBEF
1212th
StreuschichtLitter layer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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  • WO 2015/121398 [0014]WO 2015/121398 [0014]

Claims (10)

Beleuchtungseinrichtung (1a), die in mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 betrieben werden kann, umfassend - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (2), die Licht mit einem ersten Merkmal abstrahlt, - einen in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegenen, plattenförmigen Lichtleiter (3), welcher auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb seines Volumens Auskoppelelemente (6) aufweist, wobei der Lichtleiter (3) für das von der Hintergrundbeleuchtung (2) ausgehende Licht zu mindestens 70% transparent ist, - seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters (3) angeordnete Leuchtmittel (4), - wobei eine Verteilung der Auskoppelelemente (6) auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters (3) so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln (4) in den Lichtleiter (3) eingestrahltes und von den Auskoppelelementen (6) aus dem Lichtleiter (3) ausgekoppeltes Licht mindestens ein zweites Merkmal aufweist, das sich von dem ersten Merkmal unterscheidet, und das solches ausgekoppeltes Licht gleichzeitig eine erste und eine zweite Polarisationsart aufweist, - ein in Betrachtungsrichtung vor dem plattenförmigen Lichtleiter (3) gelegenes optisches Element (7), welches Licht der ersten Polarisationsart transmittiert und Licht der zweiten Polarisationsart reflektiert, - ein in Betrachtungsrichtung hinter dem plattenförmigen Lichtleiter (3) gelegenes optisches Element (8), welches in einer ersten Alternative als schaltbarer Spiegel ausgebildet ist und aus Richtung des Lichtleiters (3) herrührendes Licht wahlweise reflektiert, welches in einer zweiten Alternative permanent Licht gleichzeitig teilweise reflektiert und transmittiert, oder welches in einer dritten Alternative Licht polarisationsabhängig reflektiert und/oder transmittiert, - wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung (2) ein- und die Leuchtmittel (4) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel (4) eingeschaltet sind, - so dass in der Betriebsart B2 ausschließlich Licht der Hintergrundbeleuchtung (2) mit dem ersten Merkmal aus der Beleuchtungseinrichtung (1a) abgegeben wird, und so dass in der Betriebsart B1 mindestens Licht aus dem Lichtleiter (3) aus der Beleuchtungseinrichtung (1a) abgegeben wird, wobei dieses Licht mindestens teilweise Licht der ersten Polarisationsart umfasst und mindestens das zweite Merkmal aufweist.Lighting device (1a) which can be operated in at least two operating modes B1 and B2, comprising - an extensive backlight (2) that emits light with a first feature, - A plate-shaped light guide (3) located in front of the backlight (2) in the viewing direction, which has decoupling elements (6) on at least one of the large areas and / or within its volume, the light guide (3) for the backlight (2) outgoing light is at least 70% transparent, - Illuminants (4) arranged laterally on the narrow sides of the light guide (3), - wherein a distribution of the decoupling elements (6) on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide (3) is specified so that the light emitted by the illuminants (4) into the light guide (3) and from the decoupling elements (6) light coupled out from the light guide (3) has at least one second characteristic which differs from the first characteristic, and the such coupled out light has a first and a second type of polarization at the same time, - An optical element (7) located in front of the plate-shaped light guide (3) in the viewing direction, which transmits light of the first type of polarization and reflects light of the second type of polarization, - An optical element (8) located behind the plate-shaped light guide (3) in the viewing direction, which in a first alternative is designed as a switchable mirror and optionally reflects light originating from the direction of the light guide (3), which in a second alternative permanently partially reflects light at the same time reflects and transmits, or which, in a third alternative, reflects and / or transmits light depending on polarization, - the background lighting (2) being switched on and the lighting means (4) switched off in operating mode B2, and at least the lighting means (4) being switched on in operating mode B1, - so that in operating mode B2 only light from the backlight (2) with the first feature is emitted from the lighting device (1a), and so that in operating mode B1 at least light is emitted from the light guide (3) from the lighting device (1a) wherein this light at least partially comprises light of the first polarization type and has at least the second feature. Beleuchtungseinrichtung (1a) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass - die Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus und die Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus ausgelegt ist, indem - die flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (2) Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei dieser eingeschränkte Winkelbereich dem ersten Merkmal des Lichts entspricht, - wobei die Auskoppelelemente (6) in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt sind, dass der Lichtleiter (3) auf mindestens 50% seiner Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, gemessen gemäß ASTM D1003, wodurch das von der Hintergrundbeleuchtung (2) mindestens in der Betriebsart B2 in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlte Licht beim Durchgang durch den Lichtleiter (3) höchstens geringfügig außerhalb des besagten Winkelbereichs gestreut wird, - wobei ferner eine Verteilung der Auskoppelelemente (6) auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters (3) so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln (4) in den Lichtleiter (3) eingestrahltes und von den Auskoppelelementen (6) aus dem Lichtleiter (3) ausgekoppeltes Licht in einen Winkelbereich größer als 60° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen des Lichtleiters (3) senkrechte Vorzugsrichtungen abgestrahlt wird, was dem zweiten Merkmal des Lichts entspricht.Lighting device (1a) according to Claim 1 characterized in that - the operating mode B1 is designed for a free viewing mode and the operating mode B2 for a restricted viewing mode in that - the extensive backlighting (2) emits light in a restricted angular range, this restricted angular range corresponding to the first feature of the light, - The decoupling elements (6) are selected in their number per area and in their extension such that the light guide (3) has an average haze value of less than 7% on at least 50% of its area, measured in accordance with ASTM D1003, whereby the light emitted by the backlight (2) at least in operating mode B2 in a restricted angular range is scattered at most slightly outside of said angular range when passing through the light guide (3), - furthermore a distribution of the decoupling elements (6) on at least one of the large areas and / or within the volume of light conductor (3) is specified so that the light emitted by the illuminants (4) into the light guide (3) and the decoupling elements (6) decoupled from the light guide (3) in an angular range greater than 60 ° based on one or two specified , preferred directions perpendicular to each other and to the surface normal of the light guide (3) are emitted, which corresponds to the second feature of the light. Beleuchtungseinrichtung (1a) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Merkmal des Lichts jeweils unterschiedliche Farbtemperaturen des jeweiligen Lichts einschließen.Lighting device (1a) according to Claim 1 or 2 characterized in that the first and second features of the light each include different color temperatures of the respective light. Beleuchtungseinrichtung (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Merkmal des Lichts jeweils unterschiedliche Lichtmuster einschließen.Lighting device (1a) according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the first and second features of the light each include different light patterns. Beleuchtungseinrichtung (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verteilung der Auskoppelelemente (6) auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters (3) so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln (4) in den Lichtleiter (3) eingestrahltes und von den Auskoppelelementen (6) aus dem Lichtleiter (3) ausgekoppeltes Licht die folgenden Bedingung erfüllt: - mehr als 40% der auf einer der Großflächen zwischen einem Winkelbereich von -50° und +50° zur Flächennormalen der Großfläche ausgekoppelten Lichtmenge wird zwischen einem Winkelbereich von -20° und +20° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen senkrechte Vorzugsrichtungen abgestrahlt, und / oder mehr als 60% der auf einer der Großflächen zwischen einem Winkelbereich von -50° und +50° zur Flächennormalen der Großfläche ausgekoppelten Lichtmenge wird zwischen einem Winkelbereich von -30° und +30° bezogen auf die eine oder zwei Vorzugsrichtungen abgestrahlt.Lighting device (1a) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that a distribution of the decoupling elements (6) on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide (3) is specified in such a way that the light emitted by the lighting means (4) into the light guide (3) and by the decoupling elements (6) the light decoupled from the light guide (3) fulfills the following condition: - more than 40% of the amount of light decoupled on one of the large areas between an angle range of -50 ° and + 50 ° to the surface normal of the large area is between an angle range of -20 ° and + 20 ° based on one or two specified preferred directions perpendicular to each other and to the surface normal, and / or more than 60% of the amount of light coupled out on one of the large surfaces between an angle range of -50 ° and + 50 ° to the surface normal of the large surface between an angle range of -30 ° and + 30 ° based on one or two preferred directions. Beleuchtungseinrichtung (1a) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (7) ein reflektierender Polarisator, bevorzugt ein Wiregrid-Polarisator und/oder eine DBEF™ -Folie von 3M ist.Lighting device (1a) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element (7) is a reflective polarizer, preferably a wiregrid polarizer and / or a DBEF ™ film from 3M. Beleuchtungseinrichtung (1a) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (8) ein schaltbarer Spiegel ist, welcher aus Richtung des Lichtleiters (3) herrührendes Licht beim Einschalten der Spiegelfunktion reflektiert und ansonsten Licht, egal welcher Einfallsrichtung, überwiegend transmittiert.Lighting device (1a) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element (8) is a switchable mirror which reflects light coming from the direction of the light guide (3) when the mirror function is switched on and otherwise predominantly transmits light, regardless of the direction of incidence . Beleuchtungseinrichtung (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (8) ein Strahlteiler ist, welcher Licht permanent gleichzeitig teilweise reflektiert und transmittiert.Lighting device (1a) according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the optical element (8) is a beam splitter which permanently reflects and partially transmits light at the same time. Beleuchtungseinrichtung (1a) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das weiterhin mindestens eine Wellenplatte (9, 9a) und/oder eine Streuschicht (12) vorhanden ist.Lighting device (1a) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one wave plate (9, 9a) and / or one scattering layer (12) is also present. Bildschirm (1), der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend - eine Beleuchtungsanordnung (1a) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, sowie - einen in Betrachtungsrichtung vor dem Lichtleiter (3) angeordneten transmissiven Bildgeber (5), in welchen optional das optische Element (7) integriert ist.Screen (1) which can be operated in at least two operating modes B1 for a free viewing mode and B2 for a restricted viewing mode, comprising - A lighting arrangement (1a) according to one of the preceding claims, as well as - A transmissive image generator (5) arranged in front of the light guide (3) in the viewing direction, in which the optical element (7) is optionally integrated.
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