DE102021108786B4 - Lighting device for a screen for a clear and a restricted view mode and use of such a lighting device - Google Patents

Lighting device for a screen for a clear and a restricted view mode and use of such a lighting device Download PDF

Info

Publication number
DE102021108786B4
DE102021108786B4 DE102021108786.4A DE102021108786A DE102021108786B4 DE 102021108786 B4 DE102021108786 B4 DE 102021108786B4 DE 102021108786 A DE102021108786 A DE 102021108786A DE 102021108786 B4 DE102021108786 B4 DE 102021108786B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light
light guide
lighting device
lighting
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102021108786.4A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102021108786A1 (en
Inventor
André HEBER
Andreas Bregulla
Yannick Bourgin
Ambrose Peter Nari
Juliane Füßel
Markus Klippstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SiOptica GmbH
Original Assignee
SiOptica GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SiOptica GmbH filed Critical SiOptica GmbH
Priority to DE102021108786.4A priority Critical patent/DE102021108786B4/en
Publication of DE102021108786A1 publication Critical patent/DE102021108786A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102021108786B4 publication Critical patent/DE102021108786B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133509Filters, e.g. light shielding masks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00Arrangement of adaptations of instruments
    • B60K35/22
    • B60K35/29
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0075Arrangements of multiple light guides
    • G02B6/0076Stacked arrangements of multiple light guides of the same or different cross-sectional area
    • B60K2360/1868
    • B60K2360/195
    • B60K2360/343
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60QARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q3/00Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors
    • B60Q3/10Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors for dashboards
    • B60Q3/14Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors for dashboards lighting through the surface to be illuminated
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60QARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q3/00Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors
    • B60Q3/60Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors characterised by optical aspects
    • B60Q3/62Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors characterised by optical aspects using light guides
    • B60Q3/64Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors characterised by optical aspects using light guides for a single lighting device

Abstract

Beleuchtungseinrichtung (1a) für einen Bildschirm (1), die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend- eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (2), ihrerseits umfassend- einen flächigen Strahler, der als zweiter Lichtleiter (2a) mit zweiten Leuchtmitteln (2b) ausgebildet ist,- eine in Betrachtungsrichtung eines Betrachters (5) vor dem flächigen Strahler gelegene optische Komponente (2e) zur Lichtrichtungsbeschränkung, ausgebildet als Lamellenfilter, wobei die optische Komponente (2e) entlang der besagten Vorzugsrichtung in verschiedene Bereiche (A1, A2, ...) eingeteilt ist, wobei für jeden Bereich (A1, A2, ...) eine eigene Referenzrichtung wählbar ist, wobei ferner alle Referenzrichtungen paarweise verschieden sind und bis auf eine Toleranz von maximal 10 Grad in Richtung eines Betrachters (5) weisen, und wobei in jedem solchen Bereich (A1, A2, ...) das Transmissionsmaximum für das die optische Komponente (2e) durchdringende Licht jeweils in der entsprechenden Referenzrichtung liegt, wobei ferner die Lamellen der als Lamellenfilter ausgebildeten optischen Komponente (2e) in einem Winkel zur linken oder rechten Kante der Hintergrundbeleuchtung (2) geneigt sind, wodurch Moire-Effekte oder andere sichtbare Überlagerungseffekte mit dem Bildschirm (1) und/oder weiteren Komponenten in der Beleuchtungseinrichtung (1a) vermieden werden,- so dass die flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (2) Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei die Hintergrundbeleuchtung (2) entlang einer Vorzugsrichtung in verschiedene Bereiche eingeteilt ist, und für jeden Bereich (A1, A2, ...) eine eigene Referenzrichtung wählbar ist, wobei alle Referenzrichtungen paarweise verschieden sind und bis auf eine Toleranz von maximal 10 Grad in Richtung eines Betrachters (5) weisen, und wobei die Hintergrundbeleuchtung (2) in jedem solchen Bereich (A1, A2, ...) für das dort abgestrahlte Licht jeweils in der entsprechenden Referenzrichtung das Leuchtdichtemaximum aufweist,- 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 50% transparent ist,- seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters (3) angeordnete Leuchtmittel (4),- 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.Lighting device (1a) for a screen (1), which can be operated in at least two operating modes B1 for an unobstructed view mode and B2 for a restricted view mode, comprising- a planar extended backlight (2), in turn comprising- a planar radiator, which as second light guide (2a) is designed with second light sources (2b),- an optical component (2e) located in front of the planar radiator in the viewing direction of an observer (5) for light direction limitation, designed as a lamellar filter, the optical component (2e) along said preferred direction is divided into different areas (A1, A2, ...), with a separate reference direction being selectable for each area (A1, A2, ...), with all reference directions also being different in pairs and with a maximum tolerance of 10 degree in the direction of an observer (5), and in each such area (A1, A2, ...) the transmission maximum fu r the light penetrating the optical component (2e) is in the corresponding reference direction, with the lamellae of the optical component (2e) designed as a lamellar filter being inclined at an angle to the left or right edge of the background lighting (2), which creates moiré effects or other visible overlay effects with the screen (1) and/or other components in the lighting device (1a) are avoided, - so that the areally extended backlighting (2) emits light in a restricted angular range, with the backlighting (2) along a preferred direction is divided into different areas, and a separate reference direction can be selected for each area (A1, A2, ...), with all reference directions being different in pairs and pointing in the direction of an observer (5) with a maximum tolerance of 10 degrees, and the backlight (2) in each such area (A1, A2, ...) for da s light emitted there has the luminance maximum in the corresponding reference direction, - 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 areas and/or within its volume, wherein the light guide (3) is at least 50% transparent for the light emanating from the backlighting (2), - illuminants (4) arranged laterally on the narrow sides of the light guide (3), - the backlighting (2) being in operating mode B2, and the lighting means (4) are switched off, and wherein at least the lighting means (4) are switched on in operating mode B1.

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 of 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; they must be able to choose between a wide viewing angle in order to share information on their display with others, e.g. when looking at holiday photos or for advertising purposes. On the other hand, they need a small viewing angle if they want to keep the image information confidential.

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: the driver must not be distracted by image content such as digital entertainment programs when the engine is switched on, while the passenger would like to consume the same while driving. A screen is therefore required which 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 visuellen 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 visual data protection. However, these foils were not switchable, they always had to be applied by hand and then removed again. You also have to transport them separately to the display when you don't need them. A significant disadvantage of the use of such lamellar foils is also associated with the associated loss of light.

Die US 6,765,550 B2 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 B2 describes such a privacy screen using micro-slats. The biggest disadvantage here is the mechanical removal or mechanical attachment of the filter and the loss of light in protected mode.

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

In der WO 2012/033583 A1 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 A1 switching between free and restricted vision is generated by driving liquid crystals between so-called "chromonic" layers. This results in a loss of light and the effort is quite high.

Die US 2012/0235891 A1 beschreibt ein sehr aufwändiges Backlight in einem Bildschirm. Dort kommen gemäß 1 und 15 nicht nur mehrere Lichtleiter zum Einsatz, sondern auch weitere komplexe optische Elemente wie etwa Mikrolinsenelemente 40 und Prismenstrukturen 50, die das Licht von der hinteren Beleuchtung auf dem Weg zur vorderen Beleuchtung umformen. Dies ist teuer und aufwändig umzusetzen und ebenso mit Lichtverlust verbunden. Gemäß der Variante nach 17 in der US 2012/0235891 A1 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 A1 describes a very complex backlight in a screen. There come according to 1 and 15 not only several light guides are used, but also other complex optical elements such as microlens elements 40 and prism structures 50, which transform the light from the rear lighting on the way to the front lighting. This is expensive and complex to implement and also associated with light loss. According to the variant after 17 in the US 2012/0235891 A1 Both the light sources 4R and 18 produce light with a narrow illumination angle, and the light from the rear light source 18 is first converted into light with a large illumination angle with great effort. This complex conversion is - as already mentioned above - strongly reducing the brightness.

Gemäß der JP 2007-155783 A 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 A special optical surfaces 19 that are complex to calculate and produce are used, which then deflect light into different narrow or wide areas depending on the angle of incidence of the light. These structures resemble Fresnel lenses. There are also interference edges that deflect light in undesirable directions. It therefore remains unclear whether sensible light distributions can actually be achieved.

In der US 2013/0308185 A1 wird ein spezieller, mit Stufen ausgebildeter Lichtleiter beschrieben, der Licht auf einer Großfläche in verschiedene Richtungen abstrahlt, je nachdem, aus welcher Richtung er von einer Schmalseite aus beleuchtet wird. Im Zusammenspiel mit einem transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung, z.B. einem LC-Display, kann somit ein zwischen freiem und eingeschränktem Sichtmodus schaltbarer Bildschirm erzeugt werden. Nachteilig ist hierbei u.a., dass der eingeschränkte Sichteffekt entweder nur für links/rechts oder aber für oben/unten, nicht aber für links/rechts/oben/unten gleichzeitig erzeugt werden kann, wie es etwa für bestimmte Zahlungsvorgänge nötig ist. Hinzu kommt, dass auch im eingeschränkten Sichtmodus aus geblockten Blickwinkeln immer noch ein Restlicht sichtbar ist.In the U.S. 2013/0308185 A1 describes a special light guide designed with steps, which 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 modes can thus be produced. One of the disadvantages here is that the limited visual effect can be generated either only for left/right or for up/down, but not for left/right/up/down simultaneously, as is necessary for certain payment transactions. In addition, a residual light is still visible even in restricted viewing mode from blocked viewing angles.

Die WO 2015/121398 A1 der Anmelderin beschreibt einen Bildschirm mit zwei Betriebsarten, bei dem für die Umschaltung der Betriebsarten essenziell Streupartikel im Volumen des entsprechenden Lichtleiters vorhanden sind. 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 A1 the applicant describes a screen with two modes of operation, in which scattering particles are present in the volume of the corresponding light guide, which is essential for switching between the modes of operation. However, the scattering particles selected there from a polymer usually have the disadvantage that light is decoupled from both large areas, which means that about half of the useful light is emitted in the wrong direction, namely towards the backlight, and not in the right direction due to the structure appropriate extent can be recycled. In addition, the scattering particles made of polymer distributed in the volume of the light guide can, under certain circumstances, particularly at higher concentrations, lead to scattering effects which reduce the visual protection effect in the protected operating mode.

In der WO 2017/089482 A1 der Anmelderin ist ein Bildschirm offenbart, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann. Dabei kommt ein -aus Betrachtersicht vorn liegender- Lichtleiter zum Einsatz, welcher transparent ist und Mittel zur Lichtauskopplung enthält, beispielsweise Nanopartikel wie Titandioxid, Bariumsulfat etc., welche im Volumen des Lichtleiters homogen verteilt sind. Vermittels dieser Ausgestaltung kann ein eventuell noch unbeabsichtigt vorhandenes Restlicht in der Betriebsart B2 in die eigentlich vor Blicken geschützten Winkelbereiche derart überlagert bzw. überstrahlt werden, dass kein Kontrast mehr wahrnehmbar ist und somit keinerlei Bildwahrnehmung aus den nicht freigegebenen Winkeln mehr möglich ist. Nachteilig ist hierbei, dass das Restlicht überlagernde Licht aus dem Lichtleiter selbst wiederum nicht in allen Anwendungen erwünscht oder erlaubt ist.In the WO 2017/089482 A1 the applicant discloses a screen that can be operated in at least two operating modes B1, a clear view mode, and B2, for a restricted view mode. A light guide is used, which is at the front from the viewer's point of view, which is transparent and contains means for light extraction, for example nanoparticles such as titanium dioxide, barium sulfate, etc., which are homogeneously distributed in the volume of the light guide. With this configuration, any residual light that may still be unintentionally present in the B2 operating mode can be superimposed or outshined in the angular areas that are actually protected from view in such a way that contrast is no longer perceptible and thus no image perception from the non-released angles is possible. The disadvantage here is that the light from the light guide itself that is superimposed on the residual light is in turn not desirable or permitted in all applications.

Die DE 10 2006 003 134 A1 beschreibt eine flächige Lichtquelle mit einer anisotrop streuenden Oberfläche zur Abstrahlung von anisotrop verteiltem Licht. Hiermit ist es jedoch nicht möglich, wählbare Lichtabstrahlcharakteristiken für eine wahlweise freie oder eingeschränkte Sicht zu erzeugen.The DE 10 2006 003 134 A1 describes a planar light source with an anisotropically scattering surface for emitting anisotropically distributed light. With this, however, it is not possible to generate selectable light emission characteristics for an optionally free or restricted view.

Die DE 10 2019 115 530 A1 betrifft ein Verfahren zum Kleben einer Transferfolie auf ein Substrat, insbesondere zum dekorierenden Kaltprägen. Auch hiermit ist es nicht möglich, wählbare Lichtabstrahlcharakteristiken für eine wahlweise freie oder eingeschränkte Sicht zu erzeugen.The DE 10 2019 115 530 A1 relates to a method for gluing a transfer film onto a substrate, in particular for decorative cold embossing. Here, too, it is not possible to generate selectable light emission characteristics for an optionally free or restricted view.

In der DE 11 2010 004 660 T5 wird eine Flüssigkristalldisplayeinrichtung offenbart, welche mittels zwei Lichtleitern und weiteren optischen Elementen eine Umschaltbarkeit zwischen zwei Lichtverteilungskurven erlaubt. Nachteilig ist hierbei, dass der dem Betrachter zugewandte Lichtleiter eine schmale Lichtverteilung erzeugen soll. Wenn eine etwa für Anwendungen im PKW notwendige starke Lichtbeschränkung erzielt werden muss, so verlangt diese Randbedingung für die Ausgestaltung des besagten, dem Betrachter zugewandten Lichtleiters sehr hohe und teure Anforderungen, um kein Restlicht zum Fahrer gelangen zu lassen, welches eine unerlaubte Sichtbarkeit zur Folge haben würde.In the DE 11 2010 004 660 T5 discloses a liquid crystal display device which allows switching between two light distribution curves by means of two light guides and other optical elements. The disadvantage here is that the light guide facing the viewer should produce a narrow light distribution. If, for example, a strong light restriction has to be achieved, which is necessary for applications in passenger cars, then this boundary condition for the design of the said light guide facing the viewer requires very high and expensive requirements in order to not let any residual light reach the driver, which would result in unauthorized visibility would.

Die WO 2019/034557 A1 der Anmelderin offenbart einen Bildschirm, der in einem freien und einem eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, wobei diese Umschaltbarkeit der Sichtmodi auf eine Teilfläche reduziert werden kann. Nachteilig ist hierbei, dass nicht ohne weitere Optimierung im Sichtschutzmodus eine große Halbwertsbreite der Leuchtdichte für den Betrachter erzielt werden kann.The WO 2019/034557 A1 the applicant discloses a screen that can be operated in a free and a restricted view mode, with this switchability of the view modes being able to be reduced to a partial area. The disadvantage here is that it is not possible to achieve a large half-width of the luminance for the viewer without further optimization in the privacy mode.

In der US 8,395,726 B2 wird ein Fertigungsverfahren für einen Lamellenfilter beschrieben. Dessen Lamellen sind jeweils auf einen bestimmten Punkt hin geneigt. Jedoch kann mit einem solchen Lamellenfilter nur eine permanente Lichtrichtungsbeeinflussung stattfinden, nicht aber eine Umschaltung zwischen wahlweise verschiedenen Lichtabstrahlcharakteristiken.In the U.S. 8,395,726 B2 a manufacturing process for a lamellar filter is described. Its slats are each inclined towards a specific point. However, such a lamellar filter can only permanently influence the direction of light, but not switching between optionally different light emission characteristics.

Schließlich offenbart die WO 2018/225714 A1 einen Lichtfilter, welcher abschnittsweise schräg gestellte Lamellen aufweist, um die Lichttransmission auf einen bestimmten Bereich hin zu optimieren. Auch hiermit kann nur eine permanente Lichtrichtungsbeeinflussung stattfinden, nicht jedoch eine Umschaltung zwischen wahlweise verschiedenen Lichtabstrahlcharakteristiken.Finally revealed the WO 2018/225714 A1 a light filter, which has slanted slats in sections in order to optimize the light transmission to a specific area. Here, too, only a permanent influencing of the light direction can take place, but not a switchover between optionally different light emission characteristics.

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 und / oder die Bildqualität in mindestens einem Modus reduzieren.The aforementioned methods and arrangements usually have the disadvantage in common that they significantly reduce the brightness of the basic screen and/or require an active, or at least a special, optical element for mode switching and/or require complex and expensive production and/or or reduce the resolution in free-to-view mode and/or the image quality in at least one mode.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung zu beschreiben, durch welche in Zusammenwirkung mit einem Bildschirm eine sichere Darstellung von Informationen vermittels eines wahlweise eingeschränkten Betrachtungswinkels realisiert werden kann, wobei in einer weiteren Betriebsart eine freie, möglichst im Betrachtungswinkel uneingeschränkte Sicht möglich sein soll. Die Erfindung soll mit einfachen Mitteln möglichst preisgünstig umsetzbar sein. In beiden Betriebsarten soll eine möglichst hohe Auflösung, besonders bevorzugt die native Auflösung des verwendeten Bildschirms, sichtbar sein. Ferner soll durch die Lösung nur ein möglichst geringer Lichtverlust eingeführt werden und der eingeschränkte Betrachtungswinkel soll einen möglichst umfassenden Sichtschutzeffekt bei möglichst hoher Bildqualität erzielen.It is therefore the object of the invention to describe a lighting device which, in conjunction with a screen, can be used to reliably display information by means of a selectively restricted viewing angle, with a free view, if possible unrestricted in the viewing angle, being possible in a further operating mode. The invention should be able to be implemented as inexpensively as possible using simple means. The highest possible resolution, particularly preferably the native resolution of the screen used, should be visible in both operating modes. Furthermore, only the lowest possible light loss should be introduced by the solution and the restricted viewing angle should achieve the most comprehensive visual protection effect possible with the highest possible image quality.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer Beleuchtungseinrichtung für einen Bildschirm, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend

  • - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung, die Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei die Hintergrundbeleuchtung entlang einer Vorzugsrichtung in verschiedene Bereiche eingeteilt ist, und für jeden Bereich eine eigene Referenzrichtung wählbar ist, wobei alle Referenzrichtungen paarweise verschieden sind und bis auf eine Toleranz von maximal 10 Grad in Richtung eines Betrachters weisen, und wobei die Hintergrundbeleuchtung in jedem solchen Bereich für das dort abgestrahlte Licht jeweils in der entsprechenden Referenzrichtung das -bevorzugt einzige globale- Leuchtdichtemaximum aufweist, (die Leuchtdichteverteilung kann z.B. in einer die Vorzugsrichtung beinhaltenden Ebene senkrecht zur Hintergrundbeleuchtung gemessen werden)
  • - 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 50% transparent ist,
  • - seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters angeordnete Leuchtmittel,
  • - wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung ein- und die Leuchtmittel ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel eingeschaltet sind.
According to the invention, this object is achieved by an illumination device for a screen which operates in at least two operating modes B1 for a free view mode and B2 for a limited view mode can be operated, including
  • - A flat, extended backlight that emits light in a limited angular range, with the backlight being divided into different areas along a preferred direction, and a separate reference direction being selectable for each area, with all reference directions being different in pairs and with a maximum tolerance of 10 degrees in the direction of an observer, and with the backlighting in each such area for the light emitted there having the -preferably single global- luminance maximum in the corresponding reference direction (the luminance distribution can be measured, for example, in a plane containing the preferred direction perpendicular to the backlighting )
  • - a plate-shaped light guide located in front of the backlight 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 50% transparent for the light emanating from the backlight,
  • - lamps arranged laterally on the narrow sides of the light guide,
  • - Wherein the operating mode B2 the background lighting is switched on and the lamps are switched off, and where in the operating mode B1 at least the lamps are switched on.

Dass die Referenzrichtungen in Richtung eines Betrachters weisen, kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. So ist es beispielsweise denkbar, die Referenzrichtungen alle auf einen gleichen Punkt des Betrachters auszurichten, etwa auf die Nasenspitze. Es ist aber auch möglich, dass die Referenzrichtungen auf zumindest teilweise paarweise disjunkte Körperteile des Betrachters ausgerichtet sind, d.h. einige sind auf das gleiche Körperteil (und da auch nicht notwendigerweise auf den gleichen Punkt) ausgerichtet, und andere auf ein anderes Körperteil.The fact that the reference directions point in the direction of an observer can be realized in different ways. For example, it is conceivable to align all of the reference directions to the same point on the viewer, for example to the tip of the nose. However, it is also possible that the reference directions are aligned with body parts of the observer that are at least partially disjoint in pairs, i.e. some are aligned with the same body part (and therefore not necessarily with the same point) and others with a different body part.

In der Betriebsart B2 ist somit die winkelabhängige Leuchtdichteverteilung auf den Betrachter in Abhängigkeit von dessen Position vor dem Display angepasst, so dass dieser -im Zusammenspiel mit einem Bildschirm- ein homogeneres Bild von höher Qualität sieht, als wenn diese Anpassung nicht stattfindet. Gleichzeitig wird durch die Umschaltung auf die Betriebsart B1 sichergestellt, dass bei Bedarf auch mehrere Betrachter ein auf dem Bildschirm dargestelltes Bild wahrnehmen können.In operating mode B2, the angle-dependent luminance distribution is adapted to the observer depending on his position in front of the display, so that he sees a more homogeneous image of higher quality - in conjunction with a screen - than if this adaptation does not take place. At the same time, switching to operating mode B1 ensures that, if necessary, several viewers can see an image displayed on the screen.

Aufgrund dieser wesentlichen Eigenschaft der Erfindung kommt inhärent als eingeschränkter Winkelbereich 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.Because of this essential property of the invention, basically any area that is smaller than the half-space in front of the backlighting can inherently be considered as the restricted angular area; however, what is preferably meant here is, for example, an angular range of +/-20 or 30 degrees horizontally and/or vertically or as a cone around the surface normal or a selectable directional vector on the background lighting; small amounts of light from less than 1% to 5% maximum brightness can be ignored when defining the restricted angle range.

Für eine Betriebsart B3 können fernerhin sowohl die Hintergrundbeleuchtung als auch die Leuchtmittel eingeschaltet sein. Auch hier unterstützt die vorgenannte Anpassung zumindest für den Betrachter, auf den die Referenzrichtungen weisen, die Verbesserung der Bildqualität.Furthermore, both the background lighting and the lighting means can be switched on for an operating mode B3. Here, too, the aforementioned adjustment supports the improvement in image quality, at least for the viewer to whom the reference directions point.

Selbstverständlich gilt die vorgenannte Anpassung nur für eine bestimmte Betrachterposition bzw. in einer gewissen Toleranz um eine solche ausgewählte Betrachterposition.Of course, the aforementioned adjustment only applies to a specific viewer position or within a certain tolerance around such a selected viewer position.

Weiterhin umfasst die Hintergrundbeleuchtung mindestens

  • - einen flächigen Strahler, der als zweiter Lichtleiter mit zweiten Leuchtmitteln ausgebildet ist,
  • - eine in Betrachtungsrichtung eines Betrachters vor dem flächigen Strahler gelegene optische Komponente zur Lichtrichtungsbeschränkung, welche entlang der besagten Vorzugsrichtung in verschiedene Bereiche eingeteilt ist, wobei für jeden Bereich eine eigene Referenzrichtung wählbar ist, wobei ferner alle Referenzrichtungen paarweise verschieden sind und bis auf eine Toleranz von maximal 10 Grad in Richtung eines Betrachters weisen, und wobei in jedem solchen Bereich das -in der Regel einzige globale- Transmissionsmaximum für das die optische Komponente durchdringende Licht jeweils in der entsprechenden Referenzrichtung liegt (die Transmission kann z.B. in einer die Vorzugsrichtung beinhaltenden Ebene senkrecht zur optischen Komponente gemessen werden).
Furthermore, the backlight includes at least
  • - a flat radiator, which is designed as a second light guide with second light sources,
  • - an optical component located in front of the planar radiator in the viewing direction of an observer to limit the light direction, which is divided into different areas along said preferred direction, with a separate reference direction being selectable for each area, with all reference directions also being different in pairs and with a tolerance of a maximum of 10 degrees in the direction of an observer, and where in each such area the -usually only global- transmission maximum for the light penetrating the optical component lies in the corresponding reference direction (the transmission can, for example, be in a plane containing the preferred direction perpendicular to the optical component are measured).

Die optische Komponente zur Lichtrichtungsbeschränkung umfasst einen Lamellenfilter. Dieser ist bevorzugt so ausgebildet, dass mindestens ein Teil der, regelhaft jedoch alle, Lamellen so geneigt sind, dass das die Lamellenstruktur durchdringende Licht in den vorbeschriebenen Referenzrichtungen mit einem Transmissionsmaximum transmittiert wird. Mithin sind die Lamellen alle oder in Gruppen unter verschiedenen Winkeln geneigt, je nach Einteilung der besagten Bereiche und Wahl der Referenzrichtungen.The optical component for restricting the direction of light includes a lamellar filter. This is preferably designed in such a way that at least some of the lamellae, but usually all of them, are inclined in such a way that the light penetrating the lamellar structure is transmitted in the above-described reference directions with a transmission maximum. Thus, the blades are all or in groups inclined at different angles, depending on the division of said areas and the choice of reference directions.

Ein solcher Lamellenfilter sowie dessen Herstellung werden beispielsweise in der US 8,395,726 B2 beschrieben.
Die Lamellen sind ferner in einem Winkel zur linken oder rechten Kante der Hintergrundbeleuchtung geneigt, um Moire-Effekte oder andere sichtbare Überlagerungseffekt mit dem Bildschirm und/oder weiteren Komponenten im Aufbau zu vermeiden.
Such a lamellar filter and its production are, for example, in U.S. 8,395,726 B2 described.
The louvers are also tilted at an angle to the left or right edge of the backlight to avoid moiré or other visible interference effects with the screen and/or other components in the assembly.

Die Beleuchtungseinrichtung umfasst in einer weiteren Ausgestaltung in Betrachtungsrichtung eines Betrachters vor dem flächigen Strahler (welcher vorzugsweise einen zweiten Lichtleiter mit zweiten Leuchtmitteln umfasst) einen Diffusor und/oder mindestens ein Prismenraster, welches das aus dem flächigen Strahler (bzw. dem zweiten Lichtleiter) über eine seiner Großflächen austretende Licht mindestens teilweise fokussiert oder ablenkt.In a further configuration, the lighting device comprises, in the viewing direction of an observer, in front of the flat radiator (which preferably comprises a second light guide with second light sources), a diffuser and/or at least one prismatic grid, which at least partially focuses or deflects the light emitted by its large surfaces.

Für alle vorbeschriebenen Ausgestaltungen kann die besagte Vorzugsrichtung senkrecht zu einer Kante des Lichtleiters liegen, bevorzugt senkrecht zu einer Kante, die aus Sicht eines Betrachters einer Schmalseite links oder rechts entspricht.For all the configurations described above, said preferred direction can be perpendicular to an edge of the light guide, preferably perpendicular to an edge which, from the point of view of an observer, corresponds to a narrow side on the left or right.

Ferner ist es je nach Anwendungsfall hilfreich, wenn alle genannten Referenzrichtungen bis auf eine Toleranz von nur maximal 8 Grad, bevorzugt sogar nur 5 Grad, in Richtung eines Betrachters weisen.Furthermore, depending on the application, it is helpful if all reference directions mentioned point in the direction of an observer with a tolerance of only a maximum of 8 degrees, preferably even only 5 degrees.

Für den Fall, dass in der Betriebsart B2 mit einer Kamera, welche in einem Abstand von etwa der dreifachen Diagonallänge des Lichtleiters vor dessen Mittelpunkt senkrecht auf die Beleuchtungsanordnung ausgerichtet ist, kann vorteilhaft die gemessene Leuchtdichteverteilung über die gesamte Licht abstrahlende Fläche der Beleuchtungseinrichtung ein Minimum-zu-Maximum-Verhältnis von mindestens 0,3, bevorzugt von mindestens 0,4, aufweisen.
Weitere Messvorschriften sind analog zur „Uniformity Measurement Standard for Displays V1.3“ der „German Automotive OEM Work Group Displays“ denkbar.
In the event that in operating mode B2 with a camera which is aligned perpendicularly to the lighting arrangement at a distance of approximately three times the diagonal length of the light guide in front of its center, the measured luminance distribution over the entire light-emitting surface of the lighting device can advantageously have a minimum to maximum ratio of at least 0.3, preferably at least 0.4.
Further measurement regulations are conceivable analogous to the "Uniformity Measurement Standard for Displays V1.3" of the "German Automotive OEM Work Group Displays".

Für alle vorgenannten Ausgestaltungen der Beleuchtungseinrichtung ist ferner vorteilhaft, wenn sie weiterhin einen in Betrachtungsrichtung eines Betrachters vor der Beleuchtungseinrichtung angeordneten transmissiven Bildschirm, vorzugsweise in Form eines LCD-Panels, umfassen, welcher aufgrund der Beleuchtungseinrichtung in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann.It is also advantageous for all of the aforementioned configurations of the lighting device if they also include a transmissive screen, preferably in the form of an LCD panel, which is arranged in front of the lighting device in the viewing direction of an observer and which, due to the lighting device, can be used in at least two operating modes B1 for a free view mode and B2 can be operated for a limited view mode.

Der Lichtleiter, und wenn vorhanden auch ein zweiter Lichtleiter, besteht vorzugsweise aus einem transparenten, thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer, z.B. Kunststoff, oder aus Glas. 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 (PC) handeln.The light guide, and if present also a second light guide, preferably consists of a transparent, thermoplastic or thermoelastic polymer, e.g. plastic, or of glass. For example, the light guide or its substrate can comprise at least 40 percent by weight polymethyl methacrylate, preferably at least 60 percent by weight polymethyl methacrylate, based on its weight. Alternatively, it can be polycarbonate (PC), for example.

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. 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. Es ist möglich, dass Auskoppelelemente auf beiden Großflächen und zusätzlich optional im Volumen angebracht sind.
Die Auskoppelelemente zur Auskopplung von Licht an mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters bestehen bevorzugt aus Mikrolinsen und / oder Mikroprismen und / oder diffraktiven Strukturen und / oder dreidimensionalen Strukturelementen und / oder Streuelementen mit einer maximalen Ausdehnung in ihrer größten Dimension, die kleiner als 100 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 50 Mikrometer, ist. Im Falle von diffraktiven Strukturen kann es sich beispielsweise um ein Hologramm bzw. ein Gitter/Beugungsgitter handeln.
The structure of the decoupling elements can be specified so that the effect of each decoupling element is at least approximately known and properties of the light guide or the light emerging from the light guide can be defined in a targeted manner by a definable distribution of the decoupling elements. The required properties for the decoupling elements that are essential for the invention in terms of their number per unit area, their shape and extent in three dimensions and their distribution on at least one of the large areas and / or within the volume of the light guide can be determined, for example, with optics simulation software such as "LightTools" from Synopsis or other providers and then physically implemented accordingly. It is possible that decoupling elements are attached to both large areas and optionally in the volume.
The decoupling elements for decoupling light on at least one of the large surfaces of the light guide preferably consist of microlenses and/or microprisms and/or diffractive structures and/or three-dimensional structural elements and/or scattering elements with a maximum expansion in their largest dimension that is less than 100 micrometers, preferably less than 50 microns. In the case of diffractive structures, it can be a hologram or a grating/diffraction grating, for example.

Die Auskoppelemente selbst können aber auch allein die äußere Form von Mikrolinsen, Mikroprismen, Streuelementen und / oder diffraktiven Strukturen aufweisen. Sie können dann insbesondere als Hohlräume ausgestaltet werden, die dann im Volumen des Lichtleiters ausgebildet sind. Die Hohlräume können luftleer sein, sind aber bevorzugt mit einem gasförmigen, flüssigen oder festen Material ausgefüllt, Das Material weist einen Brechungsindex auf, der von dem des für den Lichtleiter verwendeten Materials abweicht; bevorzugt ist er geringer. Durch die Befüllung mit Material und durch die Materialwahl kann man Einfluss auf die Lichtleitung bzw. -auskopplung nehmen. Alternativ oder ergänzend weicht auch der Haze-Wert des Materials bevorzugt von demjenigen des für den Lichtleiter verwendeten Materials ab, ist bevorzugt höher. Vorteile dieser Ausgestaltungen sind höhere Effizienz bei der Lichtauskopplung.However, the outcoupling elements themselves can also have the external form of microlenses, microprisms, scattering elements and/or diffractive structures. They can then be designed in particular as cavities, which are then formed in the volume of the light guide. The cavities can be empty of air, but are preferably filled with a gaseous, liquid or solid material. The material has a refractive index which differs from that of the material used for the light guide; it is preferably lower. By filling with material and by the choice of material, you can influence the light conduction or decoupling. Alternatively or additionally, the haze value of the material also preferably deviates from that of the material used for the light guide, and is preferably higher. Advantages of these configurations are higher efficiency in light extraction.

Entsprechend kann also die Hintergrundbeleuchtung grundsätzlich aufgebaut sein wie ein LED-Backlight, beispielsweise als sogenanntes Direct-lit LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder als ein anderer Flächenstrahler,Accordingly, the background lighting can basically be constructed like an LED backlight, for example as a so-called direct-lit LED backlight, edge LED backlight, OLED or as another surface emitter,

Auf der Oberseite des Bildschirms und / oder auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters wie auch auf mindestens einer anderen optischen Komponente, wenn vorhanden, können Mittel zur Reflexminderung oder -steuerung, beispielsweise eine Antireflexbeschichtung, angeordnet sein.Means for reducing or controlling reflections, for example an anti-reflection coating, can be arranged on the upper side of the screen and/or on at least one of the large areas of the light guide as well as on at least one other optical component, if present.

Eine weitere sinnvolle Ausgestaltung der um einen Bildschirm erweiterten Beleuchtungseinrichtung besteht darin, dass in Betrachtungsrichtung vor dem Bildschirm ein weiterer Lichtleiter (z.B. aus Glas oder Kunststoff) mit Mitteln zur Auskopplung von Licht angeordnet ist, der seitlich von Leuchtmitteln mit Licht gespeist werden kann. Die hier eingesetzten Mittel zur Auskopplung sind beispielsweise die weiter oben beschriebenen, oder aber solche wie im Stand der Technik bekannt, etwa Nanopartikel wie Titandioxid, Bariumsulfat etc. in geeigneten Größen und Mengen - wie beispielsweise in der WO 2015/121398 A1 und der WO 2017/089482 A1 beschrieben -, die im Volumen des Lichtleiters homogen verteilt sind. Vermittels dieser Ausgestaltung kann ein eventuell noch unbeabsichtigt vorhandenes Restlicht in der Betriebsart B2 in die eigentlich vor Blicken geschützten Winkelbereiche noch derart überlagert bzw. überstrahlt werden, dass kein Kontrast mehr wahrnehmbar ist und somit keinerlei Bildwahrnehmung aus den nicht freigegebenen Winkeln mehr möglich ist.
Die entsprechenden Leuchtmittel für den weiteren Lichtleiter sind zur Abstrahlung farbigen oder weißen Lichts ausgebildet. Dabei können die Leuchtmittel Licht in einer Farbe abstrahlen, welche im von dem transmissiven Bildschirm dargestellten Bild vorkommt oder nicht vorkommt.
A further useful embodiment of the lighting device extended by a screen is that in the viewing direction in front of the screen there is another light guide (eg made of glass or plastic) with means for coupling out light, which can be fed with light from the side of lamps. The means used here for decoupling are, for example, those described above, or those known in the prior art, such as nanoparticles such as titanium dioxide, barium sulfate, etc. in suitable sizes and quantities - such as in the WO 2015/121398 A1 and the WO 2017/089482 A1 described - which are homogeneously distributed in the volume of the light guide. With this configuration, any residual light that may still be unintentionally present in the B2 operating mode can be superimposed or outshined in the angular areas that are actually protected from view in such a way that contrast is no longer perceptible and thus no image perception from the non-released angles is possible.
The corresponding illuminants for the additional light guide are designed to emit colored or white light. The light sources can emit light in a color that does or does not appear in the image displayed by the transmissive screen.

Besonders vorteilhaft findet die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einem Bildschirm 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.The lighting device according to the invention with a screen is used particularly advantageously in a vehicle for selectively displaying 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 useful, for example, when the passenger is watching entertainment content that could distract the driver.

Eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einem Bildschirm wie auch eine erfindungsgemäße Bildwiedergabeeinrichtung können 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 lighting device according to the invention with a screen as well as an image display device according to the invention can be used to enter or display confidential data, for example PIN numbers, e-mails, SMS or passwords, at ATMs, payment terminals or mobile devices.

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, the lighting means mentioned can be LEDs or LED lines or laser diodes. Other variants are conceivable and are within the scope of the invention.

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 still 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.

Figurenlistecharacter list

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

  • 1 eine Prinzipskizze zur Auskopplung von Licht, das seitlich in einen Lichtleiter eingekoppelt wird, aus der unteren Großfläche des Lichtleiters, auf welcher sich die Auskoppelemente befinden, wobei das Licht an der oberen Großfläche den Lichtleiter verlässt,
  • 2 eine Prinzipskizze zur Auskopplung von Licht, das seitlich in einen Lichtleiter eingekoppelt wird, aus der oberen Großfläche des Lichtleiters, auf welcher sich die Auskoppelemente befinden, wobei das Licht an der oberen Großfläche den Lichtleiter verlässt,
  • 3 eine Prinzipskizze einer Beleuchtungseinrichtung in einer ersten Ausgestaltung im Zusammenspiel mit einem Bildschirm im Modus B1 für einen freien Sichtmodus,
  • 4 eine Prinzipskizze einer Beleuchtungseinrichtung in einer ersten Ausgestaltung im Zusammenspiel mit einem Bildschirm im Modus B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus,
  • 5 eine Prinzipskizze zu einer in einer Beleuchtungseinrichtung einsetzbaren Hintergrundbeleuchtung,
  • 6 ein beispielhaftes Diagramm für mögliche normierte Leuchtdichteverteilung in verschiedenen Bereichen einer Hintergrundbeleuchtung, sowie
  • 7 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des beispielhaften Zusammenhangs zwischen Bereichen einer Hintergrundbeleuchtung, einer Vorzugsrichtung und Referenzrichtungen.
The invention is explained in more detail below with reference to drawings, which also show features that are essential to the invention. It shows
  • 1 a schematic diagram for the decoupling of light, which is coupled into a light guide from the side, from the lower large surface of the light guide, on which the decoupling elements are located, with the light exiting the light guide on the upper large surface,
  • 2 a schematic diagram for the decoupling of light, which is coupled into a light guide from the side, from the upper large surface of the light guide, on which the decoupling elements are located, with the light exiting the light guide on the upper large surface,
  • 3 a schematic diagram of a lighting device in a first embodiment in combination with a screen in B1 mode for a clear view mode,
  • 4 a schematic diagram of a lighting device in a first embodiment in combination with a screen in mode B2 for a limited view mode,
  • 5 a basic sketch of a backlight that can be used in a lighting device,
  • 6 an example diagram for possible normalized luminance distribution in different areas of a backlight, as well as
  • 7 a schematic diagram to explain the exemplary relationship between areas of a backlight, a preferred direction and reference directions.

Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen wieder.The drawings are not true to scale and merely provide schematic representations.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

In 1 ist eine Prinzipskizze zur Auskopplung von Licht, das seitlich von Leuchtmitteln 4 in einen Lichtleiter 3 eingekoppelt wird, auf der unteren Großfläche des Lichtleiters 3, auf welcher sich die Auskoppelemente 6 befinden, dargestellt. Das ausgekoppelte Licht verlässt den Lichtleiter 3 jedoch aus der oberen Großfläche. In der horizontalen Richtung wird hier das Licht in einen breiten Winkel (größer als 60°) aus der oberen Großfläche des Lichtleiters 3 ausgekoppelt. Der Ort der Auskoppelelemente 6 ist durch die Zahl 6 angedeutet, jedoch sind die eigentlichen Auskoppelelemente 6 hier nicht eingezeichnet, weil sie mikroskopisch klein sein müssen. Es wird also Licht von den Leuchtmitteln 4, z.B. von LEDs, seitlich in den Lichtleiter 3 eingekoppelt. Auf Grund von Totalreflexion werden Strahlen des eingekoppelten Lichts (fett gezeichnete Strahlen) an der Außenwand wieder zurück in den Lichtleiter 3 geworfen, bis sie schließlich (ggf. zum wiederholten Mal) auf ein Auskoppelelement 6 zur gewünschten Auskopplung treffen. Die Auskopplung ist durch die dünnen Strahlen stilisiert. Die Darstellung in 1 ist zur besseren Erkennbarkeit stark stilisiert; in der Realität wird eine sehr große Vielzahl an Strahlengängen im Lichtleiter 3 umgesetzt. Außerdem sind Lichtbrechungen an Brechzahlübergangsflächen nicht berücksichtigt.In 1 1 is a schematic diagram for decoupling light, which is coupled into a light guide 3 from the side of lamps 4, on the lower large surface of the light guide 3, on which the decoupling elements 6 are located. However, the decoupled light leaves the light guide 3 from the upper large area. In the horizontal direction, the light is decoupled from the upper large surface of the light guide 3 at a wide angle (greater than 60°). The location of the decoupling elements 6 is indicated by the number 6, but the actual decoupling elements 6 are not shown here because they have to be microscopically small. Light from the lighting means 4, for example from LEDs, is thus coupled into the light guide 3 from the side. Due to total reflection, rays of the coupled light (rays drawn in bold) are thrown back into the light guide 3 on the outer wall until they finally (possibly repeatedly) hit a decoupling element 6 for the desired decoupling. The decoupling is stylized by the thin rays. The representation in 1 is strongly stylized for better recognition; in reality, a very large number of beam paths are implemented in the light guide 3 . In addition, light refractions at refractive index transition surfaces are not taken into account.

2 zeigt eine Prinzipskizze zur Auskopplung von Licht, das seitlich von Leuchtmitteln 4 in einen Lichtleiter 3 eingekoppelt wird, aus der oberen Großfläche des Lichtleiters 3, auf welcher sich die Auskoppelemente 6 befinden. Das Licht verlässt den Lichtleiter 3 hier auch durch die obere Großfläche. Es gelten hier sinngemäß die Ausführungen zu 1. 2 shows a schematic diagram for decoupling light, which is coupled into a light guide 3 from the side of lamps 4, from the upper large surface of the light guide 3, on which the decoupling elements 6 are located. The light also leaves the light guide 3 here through the upper large area. The statements on apply here mutatis mutandis 1 .

Technisch verschieden ist hier lediglich die Lage und ggf. die Ausgestaltung der Auskoppelelemente 6, die nun auf der Oberseite des Lichtleiters 3 liegen und somit das Licht direkt nach oben auskoppeln, ohne dass es zum Verlassen des Lichtleiters 3 selbigen erst noch einmal quer passieren müsste, wie demgegenüber in 1 gezeigt.The only technical difference here is the position and, if necessary, the design of the decoupling elements 6, which are now on the upper side of the light guide 3 and thus decouple the light directly upwards, without it having to pass across the same again to leave the light guide 3. as opposed to in 1 shown.

Für alle in den 3, 4 und 5 nachstehend näher beschriebenen Ausgestaltungen der Beleuchtungseinrichtung 1a ist in Betrachtungsrichtung eines Betrachters 5 vor selbiger ein transmissiver Bildschirm 1 angeordnet, vorzugsweise in Form eines LCD-Panels, welcher aufgrund der Beleuchtungseinrichtung 1a in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann.For everyone in the 3 , 4 and 5 In the configurations of the lighting device 1a described in more detail below, a transmissive screen 1 is arranged in front of a viewer 5 in the viewing direction, preferably in the form of an LCD panel, which, due to the lighting device 1a, is operated in at least two operating modes B1 for a clear view mode and B2 for a restricted view mode can be.

Ferner stellt die 3 eine Prinzipskizze der Beleuchtungseinrichtung in einer ersten Ausgestaltung im Zusammenspiel mit einem Bildschirm im Modus B1 für einen freien Sichtmodus dar, während die 4 hierzu korrespondierend dieselbe Ausgestaltung im Zusammenspiel mit einem Bildschirm im Modus B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus zeigt.Furthermore, the 3 is a schematic diagram of the lighting device in a first embodiment in conjunction with a screen in mode B1 for a free view mode, while the 4 correspondingly shows the same configuration in combination with a screen in mode B2 for a limited view mode.

Dabei umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 1a für einen Bildschirm 1, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann,

  • - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung 2, die Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei die Hintergrundbeleuchtung 2 entlang einer Vorzugsrichtung in verschiedene Bereiche (beispielhaft A1..A7 in 4) eingeteilt ist, und für jeden Bereich eine eigene Referenzrichtung (fette Pfeile in 4) wählbar ist, wobei alle Referenzrichtungen paarweise verschieden sind und bis auf eine Toleranz von maximal 10 Grad in Richtung eines Betrachters 5 weisen, und wobei die Hintergrundbeleuchtung 2 in jedem solchen Bereich A1..A7 für das dort abgestrahlte Licht jeweils in der entsprechenden Referenzrichtung das - bevorzugt einzige globale- Leuchtdichtemaximum aufweist, (die Leuchtdichteverteilung kann z.B. in einer die Vorzugsrichtung beinhaltenden Ebene senkrecht zur Hintergrundbeleuchtung 2 gemessen werden)
  • - 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 50% transparent ist,
  • - seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters 3 angeordnete Leuchtmittel 4,
  • - wobei in der Betriebsart B2 (siehe 4) die Hintergrundbeleuchtung 2 ein- und die Leuchtmittel 4 ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 (siehe 3) mindestens die Leuchtmittel 4 eingeschaltet sind.
In this case, an illumination device 1a for a screen 1, which can be operated in at least two operating modes B1 for a clear view mode and B2 for a restricted view mode,
  • - A flat, extended backlight 2, which emits light in a limited angular range, with the backlight 2 along a preferred direction in different areas (example A1..A7 in 4 ) and each area has its own reference direction (bold arrows in 4 ). - preferably has a single global luminance maximum (the luminance distribution can be measured, for example, in a plane containing the preferred direction perpendicular to the background lighting 2)
  • - 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 being at least 50% transparent for the light emanating from the backlight 2,
  • - lamps 4 arranged laterally on the narrow sides of the light guide 3,
  • - where in operating mode B2 (see 4 ) the background lighting 2 is switched on and the lamps 4 are switched off, and in the operating mode B1 (see 3 ) at least the lamps 4 are switched on.

Die gestrichelten Pfeile in 4 sollen andeuten, dass in jedem Bereich A1..A7 außerhalb der Referenzrichtungen weniger Licht abgestrahlt wird als in die eigentliche Referenzrichtung. Während hier in 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich sieben solcher Bereiche A1..A7 gezeigt sind, kann in der Realität je nach Ausgestaltung eine Vielzahl solcher Bereiche A1..., z.B. einige Dutzend, einige Hundert oder sogar einige Tausend, umgesetzt werden.The dashed arrows in 4 are intended to indicate that in each area A1..A7 outside of the reference directions, less light is emitted than in the actual reference direction. while here in 4 only seven such areas A1 .. A7 are shown for reasons of clarity, depending on the design, a large number of such areas A1 .

In der Betriebsart B2 ist somit die winkelabhängige Leuchtdichteverteilung auf den Betrachter 5 in Abhängigkeit von dessen Position vor dem Display angepasst, so dass dieser -im Zusammenspiel mit einem Bildschirm 1- ein homogeneres Bild von höher Qualität sieht, als wenn diese Anpassung nicht stattfindet. Gleichzeitig wird durch die Umschaltung auf die Betriebsart B1 sichergestellt, dass bei Bedarf auch mehrere Betrachter ein auf dem Bildschirm 1 dargestelltes Bild wahrnehmen können.In operating mode B2, the angle-dependent luminance distribution is thus adapted to the viewer 5 depending on his position in front of the display, so that he—in conjunction with a screen 1—sees a more homogeneous image of higher quality than if this adaptation does not take place. At the same time, switching to operating mode B1 ensures that, if necessary, several viewers can also perceive an image displayed on screen 1.

Aufgrund dieser wesentlichen Eigenschaft der Erfindung kommt inhärent als eingeschränkter Winkelbereich 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.Because of this essential property of the invention, basically any area that is smaller than the half-space in front of the backlighting can inherently be considered as the restricted angular area; however, what is preferably meant here is, for example, an angular range of +/-20 or 30 degrees horizontally and/or vertically or as a cone around the surface normal or a selectable directional vector on the background lighting; small amounts of light from less than 1% to 5% maximum brightness can be ignored when defining the restricted angle range.

Fernerhin gibt die 5 eine Prinzipskizze zu einer in einer Beleuchtungseinrichtung 1a einsetzbaren Hintergrundbeleuchtung 2 wieder. Vorteilhaft umfasst eine solche beispielhafte Hintergrundbeleuchtung 2 mindestens

  • - einen flächigen Strahler, umfassend einen zweiten Lichtleiter 2a mit zweiten Leuchtmitteln 2b,
  • - eine in Betrachtungsrichtung eines Betrachters 5 vor dem flächigen Strahler (d.h. dem Lichtleiter 2a) gelegene optische Komponente 2e zur Lichtrichtungsbeschränkung, welche entlang der besagten Vorzugsrichtung (welcher hier der horizontalen Richtung entspricht) in verschiedene Bereiche A1, A2, A3, ... eingeteilt ist, wobei für jeden Bereich A1, A2, A3, ... eine eigene Referenzrichtung (dargestellt durch die fetten Pfeile) wählbar ist, wobei ferner alle Referenzrichtungen paarweise verschieden sind und bis auf eine Toleranz von maximal 10 Grad in Richtung eines Betrachters 5 weisen, und wobei in jedem solchen Bereich das -in der Regel einzige globale- Transmissionsmaximum für das die optische Komponente durchdringende Licht jeweils in der entsprechenden Referenzrichtung liegt (die Transmission kann z.B. in einer die Vorzugsrichtung beinhaltenden Ebene senkrecht zur optischen Komponente gemessen werden).
Furthermore, the 5 a basic sketch of a backlight 2 that can be used in a lighting device 1a. Advantageously, such an exemplary backlight comprises 2 at least
  • - a flat radiator, comprising a second light guide 2a with second light sources 2b,
  • - An optical component 2e located in front of the flat radiator (ie the light guide 2a) in the viewing direction of an observer 5 for limiting the light direction, which is divided into different areas A1, A2, A3, ... along the said preferred direction (which corresponds here to the horizontal direction). is, with a separate reference direction (represented by the bold arrows) being selectable for each area A1, A2, A3, , and in each such area the -usually single global- transmission maximum for the light penetrating the optical component lies in the corresponding reference direction (the transmission can be measured, for example, in a plane containing the preferred direction perpendicular to the optical component).

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 5 nur fünf Bereiche A1..A5 eingezeichnet, obwohl es nach den Gegebenheiten gemäß 5 zehn Bereiche wären, und in der Realität üblicherweise noch einmal deutlich mehr sind.For reasons of clarity, in 5 only five areas A1..A5 drawn, although according to the circumstances 5 would be ten areas, and in reality there are usually significantly more.

In Betrachtungsrichtung eines Betrachters 5 sind in der Ausgestaltung nach 5 vor dem flächigen Strahler (hier der zweite Lichtleiter 2a mit zweiten Leuchtmitteln 2b) ein Diffusor 2c und mindestens ein Prismenraster 3d, welches das aus dem flächigen Strahler (d.h., dem zweiten Lichtleiter 2a) über eine seiner Großflächen -hier die obere- austretende Licht mindestens teilweise fokussiert oder ablenkt, angeordnet.In the viewing direction of a viewer 5 are in the embodiment 5 in front of the flat radiator (here the second light guide 2a with second light sources 2b) a diffuser 2c and at least one prism grid 3d, which transmits the light emerging from the flat radiator (ie the second light guide 2a) over one of its large surfaces - here the upper one - at least partially focused or distracted.

Weiterhin umfasst die optische Komponente 2e zur Lichtrichtungsbeschränkung einen Lamellenfilter, wie in 5 in der Schnittdarstellung angedeutet. Dieser ist bevorzugt so ausgebildet, dass mindestens ein Teil der, regelhaft jedoch alle, Lamellen so geneigt sind, dass das die Lamellenstruktur durchdringende Licht in den vorbeschriebenen Referenzrichtungen, die je nach Bereich A1, A2, A3, ... gewählt sind, mit einem Transmissionsmaximum transmittiert wird. Mithin sind die Lamellen alle gleichzeitig oder zumindest in Gruppen von Lamellen unter verschiedenen Winkeln geneigt, je nach Einteilung der besagten Bereiche A1, A2, A3, .... und Wahl der Referenzrichtungen.Furthermore, the optical component 2e for restricting the light direction includes a lamellar filter, as in FIG 5 indicated in the sectional view. This is preferably designed in such a way that at least some of the slats, but usually all of them, are inclined in such a way that the light penetrating the slat structure in the above-described reference directions, which are chosen depending on the area A1, A2, A3, ..., with a Transmission maximum is transmitted. Thus, the slats are all inclined at the same time, or at least in groups of slats, at different angles, depending on the division of said areas A1, A2, A3, .... and the choice of reference directions.

Ein solcher Lamellenfilter sowie dessen Herstellung werden beispielsweise in der US 8,395,726 B2 oder in der WO 2018/225714 A1 beschrieben.Such a lamellar filter and its production are, for example, in U.S. 8,395,726 B2 or in the WO 2018/225714 A1 described.

Dazu zeigt 6 ein beispielhaftes Diagramm für eine mögliche normierte Leuchtdichteverteilung in verschiedenen Bereichen A2, A3, A4 sowie A5 einer Hintergrundbeleuchtung 2 gemäß 5.For this shows 6 an exemplary diagram for a possible standardized luminance distribution in different areas A2, A3, A4 and A5 of a backlight 2 according to FIG 5 .

Die Leuchtdichteverteilung wurde hier die Vorzugsrichtung -also die horizontale Richtung- beinhaltenden Ebene senkrecht zur Hintergrundbeleuchtung 2 über verschiedene Winkel gemessen.The luminance distribution was measured here in the preferred direction—that is, the horizontal direction—perpendicular to the background lighting 2 over various angles.

Die Punkt-Punkt-Strich-Kurve in 6 entspricht in etwa dem Transmissionsverhalten der optischen Komponente 2e aus 5 im Bereich A5, mithin summarisch also dem Abstrahlverhalten der Hintergrundbeleuchtung 2 im Bereich A5. Analog entspricht die Punkt-Strich-Kurve dem Bereich A4, die gestrichelte Kurve dem Bereich A3 sowie die durchgezogene Kurve dem Bereich A2.The point-point-dash curve in 6 corresponds approximately to the transmission behavior of the optical component 2e 5 in the area A5, therefore in summary the radiation behavior of the backlight 2 in the area A5. Analogously, the dot-dash curve corresponds to area A4, the dashed curve to area A3 and the solid curve to area A2.

Zu sehen ist auch, dass alle Kurven jeweils ein globales Maximum aufweisen.It can also be seen that all curves each have a global maximum.

Die Lamellen sind ferner in einem Winkel zur linken oder rechten Kante der Hintergrundbeleuchtung 2 geneigt, um Moire-Effekte oder andere sichtbare Überlagerungseffekt mit dem Bildschirm 1 und/oder weiteren Komponenten im Aufbau zu vermeiden.The slats are also inclined at an angle to the left or right edge of the backlight 2 to avoid moire effects or other visible interference effects with the screen 1 and/or other components in the structure.

Weiterhin zeigt die 7 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des beispielhaften Zusammenhangs zwischen Bereichen A1 bis A4 einer Hintergrundbeleuchtung 2, einer Vorzugsrichtung V und Referenzrichtungen R1 bis R4.Furthermore, the 7 a schematic diagram to explain the exemplary relationship between areas A1 to A4 of a backlight 2, a preferred direction V and reference directions R1 to R4.

Hier liegt die besagte Vorzugsrichtung V senkrecht zur linken und zur rechten Kante der Hintergrundbeleuchtung 2, die aus Sicht eines Betrachters 5 einer Schmalseite links oder rechts entsprechen. Ferner ist die Vorzugsrichtung in der vertikalen Richtung mittig auf der Hintergrundbeleuchtung 2 angeordnet. Senkrecht zur Vorzugsrichtung V ist die Hintergrundbeleuchtung in (hier beispielhaft nur vier) Bereiche A1 bis A4 eingeteilt. Darauf aufbauend zeigen jetzt die jeweiligen Referenzrichtungen R1 bis R4 auf einen durch einen Punkt stilisiert angedeuteten Betrachter 5.Here said preferred direction V is perpendicular to the left and right edges of the background lighting 2, which correspond to a narrow side on the left or right from the point of view of an observer 5. Furthermore, the preferential direction is arranged in the center of the backlight 2 in the vertical direction. Perpendicular to the preferred direction V, the backlighting is divided into (only four here as an example) areas A1 to A4. Based on this, the respective reference directions R1 to R4 now point to an observer 5, indicated stylized by a point.

Die Referenzrichtungen R1 bis R4 liegen in der Zeichnung in der durch die Strichlinie angedeutete Ebene, welche senkrecht zur Hintergrundbeleuchtung 2 liegt und die Vorzugsrichtung V sowie den Oberflächenmittelpunkt der Hintergrundbeleuchtung 2 einschließt.In the drawing, the reference directions R1 to R4 lie in the plane indicated by the dashed line, which is perpendicular to the backlight 2 and includes the preferred direction V and the center of the surface of the backlight 2 .

Für die Messungen von Leuchtdichtverteilungen über Winkel wird dann bevorzugt ein Winkel α, welcher zwischen der Vorzugsrichtung V und einer zu messenden Richtung, beispielsweise einer Referenzrichtung R4, aufspannt, angewendet.An angle α, which spans between the preferred direction V and a direction to be measured, for example a reference direction R4, is then preferably used for the measurements of luminance distributions over angles.

Die Referenzrichtungen R1 bis R4 können parallel versetzt für alle Punkte eines Bereiches A1, A2, ... gelten. Alternativ kann auch jeder Punkt der Fläche eines Bereiches A1, A2, ... eine eigene Referenzrichtung, die -bis auf die weiter oben beschriebene Toleranz- auf den Betrachter 5 ausgerichtet ist, aufweisen.The reference directions R1 to R4 can be offset in parallel for all points of an area A1, A2, . . . apply. Alternatively, each point on the surface of an area A1, A2, .

Die Auskoppelelemente 6 zur Auskopplung von Licht an mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters 3 (bzw. 2a oder 3a) bestehen bevorzugt aus Mikrolinsen und / oder Mikroprismen und / oder diffraktiven Strukturen und / oder dreidimensionalen Strukturelementen und / oder Streuelementen mit einer maximalen Ausdehnung in ihrer größten Dimension, die kleiner als 100 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 50 Mikrometer, ist. Im Falle von diffraktiven Strukturen kann es sich beispielsweise um ein Hologramm bzw. ein Gitter/Beugungsgitter handeln.The decoupling elements 6 for decoupling light on at least one of the large surfaces of the light guide 3 (or 2a or 3a) preferably consist of microlenses and/or microprisms and/or diffractive structures and/or three-dimensional structural elements and/or scattering elements with a maximum extent in their largest dimension that is less than 100 microns, preferably less than 50 microns. In the case of diffractive structures, it can be a hologram or a grating/diffraction grating, for example.

In allen vorgenannten Ausgestaltungen können die besagten Leuchtmittel 4 bzw. 2b bzw. 3b 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 4 or 2b or 3b can be LEDs or LED lines or laser diodes. Other variants are conceivable and are within the scope of the invention.

Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung und der damit umsetzbare Bildschirm lösen die gestellte Aufgabe: Es werden praktisch gut umsetzbare Lösungen erlaubt, um eine sichere Darstellung von Informationen durch einen wahlweise eingeschränkten Betrachtungswinkel zu realisieren, während in einer weiteren Betriebsart eine freie, im Betrachtungswinkel uneingeschränkte, Sicht möglich ist. Die Erfindung ist mit einfachen Mitteln preisgünstig realisierbar. In beiden Betriebsarten ist die native Auflösung der verwendeten Bildwiedergabeeinrichtung nutzbar. Außerdem wird nur ein geringer Lichtverlust durch die Lösung eingeführt und der eingeschränkte Betrachtungswinkel erzielt einen umfassenden Sichtschutzeffekt bei möglichst hoher Bildqualität erzielen.The lighting device according to the invention described above and the screen that can be implemented with it solve the task: Solutions that can be implemented easily in practice are permitted in order to implement a reliable display of information through an optionally restricted viewing angle, while in another operating mode a free view with unrestricted viewing angle is possible. The invention can be implemented inexpensively with simple means. The native resolution of the image display device used can be used in both operating modes. In addition, only a small light loss is introduced by the solution and the limited viewing angle achieves a comprehensive privacy protection effect with the highest possible image quality.

Die vorangehend beschriebene Erfindung kann vorteilhaft überall da angewendet werden, wo vertrauliche Daten angezeigt und / oder eingegeben werden, wie etwa bei der PIN-Eingabe oder zur Datenanzeige an Geldautomaten oder Zahlungsterminals oder zur Passworteingabe oder beim Lesen von Emails auf mobilen Geräten. Die Erfindung kann -wie weiter oben beschrieben- auch im PKW eingesetzt werden.The invention described above can be used to advantage wherever confidential data is displayed and/or entered, such as when entering a PIN or displaying data at ATMs or payment terminals or for entering passwords or reading emails on mobile devices. As described above, the invention can also be used in passenger cars.

Claims (4)

Beleuchtungseinrichtung (1a) für einen Bildschirm (1), die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (2), ihrerseits umfassend - einen flächigen Strahler, der als zweiter Lichtleiter (2a) mit zweiten Leuchtmitteln (2b) ausgebildet ist, - eine in Betrachtungsrichtung eines Betrachters (5) vor dem flächigen Strahler gelegene optische Komponente (2e) zur Lichtrichtungsbeschränkung, ausgebildet als Lamellenfilter, wobei die optische Komponente (2e) entlang der besagten Vorzugsrichtung in verschiedene Bereiche (A1, A2, ...) eingeteilt ist, wobei für jeden Bereich (A1, A2, ...) eine eigene Referenzrichtung wählbar ist, wobei ferner alle Referenzrichtungen paarweise verschieden sind und bis auf eine Toleranz von maximal 10 Grad in Richtung eines Betrachters (5) weisen, und wobei in jedem solchen Bereich (A1, A2, ...) das Transmissionsmaximum für das die optische Komponente (2e) durchdringende Licht jeweils in der entsprechenden Referenzrichtung liegt, wobei ferner die Lamellen der als Lamellenfilter ausgebildeten optischen Komponente (2e) in einem Winkel zur linken oder rechten Kante der Hintergrundbeleuchtung (2) geneigt sind, wodurch Moire-Effekte oder andere sichtbare Überlagerungseffekte mit dem Bildschirm (1) und/oder weiteren Komponenten in der Beleuchtungseinrichtung (1a) vermieden werden, - so dass die flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (2) Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei die Hintergrundbeleuchtung (2) entlang einer Vorzugsrichtung in verschiedene Bereiche eingeteilt ist, und für jeden Bereich (A1, A2, ...) eine eigene Referenzrichtung wählbar ist, wobei alle Referenzrichtungen paarweise verschieden sind und bis auf eine Toleranz von maximal 10 Grad in Richtung eines Betrachters (5) weisen, und wobei die Hintergrundbeleuchtung (2) in jedem solchen Bereich (A1, A2, ...) für das dort abgestrahlte Licht jeweils in der entsprechenden Referenzrichtung das Leuchtdichtemaximum aufweist, - 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 50% transparent ist, - seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters (3) angeordnete Leuchtmittel (4), - 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.Lighting device (1a) for a screen (1), which can be operated in at least two operating modes B1 for an unobstructed view mode and B2 for a restricted view mode, comprising - a flat, extended backlight (2), in turn comprising - a flat radiator, which as second light guide (2a) is designed with second lighting means (2b), - an optical component (2e) located in front of the planar radiator in the viewing direction of an observer (5) for restricting the light direction, designed as a lamellar filter, the optical component (2e) along said preferred direction is divided into different areas (A1, A2, ...), with a separate reference direction being selectable for each area (A1, A2, ...), with all reference directions also being different in pairs and with a maximum tolerance of 10 degrees pointing towards a viewer (5), and in each such area (A1, A2, ...) the transmission maximum for the light penetrating the optical component (2e) lies in the corresponding reference direction, with the lamellae of the optical component (2e) designed as a lamellar filter being inclined at an angle to the left or right edge of the background lighting (2), whereby moiré effects or other visible overlay effects with the screen (1) and/or other components in the lighting device (1a) are avoided, - so that the areally extended background lighting (2) emits light in a limited angular range, with the background lighting (2) being divided into different areas along a preferred direction, and a separate reference direction being selectable for each area (A1, A2, ...), with all reference directions being different in pairs and point in the direction of a viewer (5) with a maximum tolerance of 10 degrees, and wherein the background lighting (2) in each such area (A1, A2, ...) for the light emitted there is in the corresponding reference direction luminance maximum, - 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 areas and/or within its volume, the light guide (3) for that of the background lighting (2) outgoing light is at least 50% transparent - arranged laterally on the narrow sides of the light guide (3). e lamps (4), - the backlighting (2) being switched on and the lamps (4) being switched off in operating mode B2, and at least the lamps (4) being switched on in operating mode B1. Beleuchtungseinrichtung (1a) nach einem der vorgenannten Ansprüche, weiterhin umfassend in Betrachtungsrichtung eines Betrachters (5) vor dem flächigen Strahler einen Diffusor (2c) und/oder mindestens ein Prismenraster (2d), welches das aus dem flächigen Strahler über eine seiner Großflächen austretende Licht mindestens teilweise fokussiert oder ablenkt.Lighting device (1a) according to one of the preceding claims, further comprising a diffuser (2c) and/or at least one prism grid (2d) in front of the flat radiator in the viewing direction of an observer (5), which the light exiting from the flat radiator via one of its large surfaces at least partially focuses or distracts. Beleuchtungseinrichtung (1a) nach einem der vorgenannten Ansprüche, umfassend weiterhin einen in Betrachtungsrichtung eines Betrachters (5) vor der Beleuchtungseinrichtung (1a) angeordneten transmissiven Bildschirm (1), vorzugsweise in Form eines LCD-Panels, welcher aufgrund der Beleuchtungseinrichtung (1a) in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann.Lighting device (1a) according to one of the preceding claims, further comprising a transmissive screen (1) arranged in front of the lighting device (1a) in the viewing direction of an observer (5), preferably in the form of an LCD panel, which, due to the lighting device (1a), has at least two operating modes B1 for a clear view mode and B2 for a restricted view mode can be operated. Verwendung einer Beleuchtungseinrichtung (1a) nach einem der vorgenannten Ansprüche 1-3 in einem Fahrzeug zur wahlweisen Darstellung von Bildinhalten lediglich für den Beifahrer in der Betriebsart B2 und gleichzeitig für den Fahrer und den Beifahrer in der Betriebsart B1.Use of a lighting device (1a) according to one of the aforementioned Claims 1 - 3 in a vehicle for the optional display of image content only for the front passenger in mode B2 and simultaneously for the driver and the front passenger in mode B1.
DE102021108786.4A 2021-04-08 2021-04-08 Lighting device for a screen for a clear and a restricted view mode and use of such a lighting device Active DE102021108786B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021108786.4A DE102021108786B4 (en) 2021-04-08 2021-04-08 Lighting device for a screen for a clear and a restricted view mode and use of such a lighting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021108786.4A DE102021108786B4 (en) 2021-04-08 2021-04-08 Lighting device for a screen for a clear and a restricted view mode and use of such a lighting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102021108786A1 DE102021108786A1 (en) 2022-10-13
DE102021108786B4 true DE102021108786B4 (en) 2023-03-02

Family

ID=83361765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021108786.4A Active DE102021108786B4 (en) 2021-04-08 2021-04-08 Lighting device for a screen for a clear and a restricted view mode and use of such a lighting device

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021108786B4 (en)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5993940A (en) 1994-06-21 1999-11-30 3M Innovative Properties Company Composite used for light control of privacy
US6765550B2 (en) 2001-04-27 2004-07-20 International Business Machines Corporation Privacy filter apparatus for a notebook computer display
DE102006003134A1 (en) 2005-01-24 2006-09-07 Citizen Electronics Co., Ltd., Fujiyoshida Planar light source unit
JP2007155783A (en) 2005-11-30 2007-06-21 Casio Comput Co Ltd Liquid crystal display device
WO2012033583A1 (en) 2010-09-09 2012-03-15 3M Innovative Properties Company Switchable privacy filter
US20120235891A1 (en) 2009-12-02 2012-09-20 Rena Nishitani Liquid crystal display device
US8395726B2 (en) 2009-09-29 2013-03-12 Nlt Technologies, Ltd. Optical element manufacturing method, optical element exposure device, optical element, lighting optical device, display device, and electronic apparatus
US20130308185A1 (en) 2012-05-18 2013-11-21 Reald Inc. Polarization recovery in a directional display device
WO2015121398A1 (en) 2014-02-17 2015-08-20 Sioptica Gmbh Switchable lighting device and use thereof
WO2017089482A1 (en) 2015-11-27 2017-06-01 Sioptica Gmbh Screen for a free and restricted operating mode
WO2018225714A1 (en) 2017-06-05 2018-12-13 信越ポリマー株式会社 Viewing angle control body, manufacturing method thereof, and viewing angle control image display body
WO2019034557A1 (en) 2017-08-14 2019-02-21 Sioptica Gmbh Screen for a free viewing mode and a restricted viewing mode, and use of same
DE102019115530A1 (en) 2019-06-07 2020-12-10 Leonhard Kurz Stiftung & Co. Kg Method, device and body

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5993940A (en) 1994-06-21 1999-11-30 3M Innovative Properties Company Composite used for light control of privacy
US6765550B2 (en) 2001-04-27 2004-07-20 International Business Machines Corporation Privacy filter apparatus for a notebook computer display
DE102006003134A1 (en) 2005-01-24 2006-09-07 Citizen Electronics Co., Ltd., Fujiyoshida Planar light source unit
JP2007155783A (en) 2005-11-30 2007-06-21 Casio Comput Co Ltd Liquid crystal display device
US8395726B2 (en) 2009-09-29 2013-03-12 Nlt Technologies, Ltd. Optical element manufacturing method, optical element exposure device, optical element, lighting optical device, display device, and electronic apparatus
DE112010004660T5 (en) 2009-12-02 2012-10-11 Mitsubishi Electric Corporation Liquid crystal display device
US20120235891A1 (en) 2009-12-02 2012-09-20 Rena Nishitani Liquid crystal display device
WO2012033583A1 (en) 2010-09-09 2012-03-15 3M Innovative Properties Company Switchable privacy filter
US20130308185A1 (en) 2012-05-18 2013-11-21 Reald Inc. Polarization recovery in a directional display device
WO2015121398A1 (en) 2014-02-17 2015-08-20 Sioptica Gmbh Switchable lighting device and use thereof
WO2017089482A1 (en) 2015-11-27 2017-06-01 Sioptica Gmbh Screen for a free and restricted operating mode
WO2018225714A1 (en) 2017-06-05 2018-12-13 信越ポリマー株式会社 Viewing angle control body, manufacturing method thereof, and viewing angle control image display body
WO2019034557A1 (en) 2017-08-14 2019-02-21 Sioptica Gmbh Screen for a free viewing mode and a restricted viewing mode, and use of same
DE102019115530A1 (en) 2019-06-07 2020-12-10 Leonhard Kurz Stiftung & Co. Kg Method, device and body

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021108786A1 (en) 2022-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3552056B1 (en) Screen for a free viewing mode and a restricted viewing mode, and use of same
EP3570097B1 (en) Display screen with operational modes for a free and a restriced view
EP3545359B1 (en) Illumination device for a screen with a free viewing mode and a restricted viewing mode
EP3090309B1 (en) Switchable backlight device and utilisation thereof
EP3347764B1 (en) Screen for a free viewing mode and a restricted viewing mode
DE112012002308T5 (en) Backlight and liquid crystal display device
DE102020001232B3 (en) Lighting device for a screen for a free and a restricted viewing mode and screen with the same
DE102015016134B3 (en) Screen and procedure for a free and a restricted view mode
DE102016004842B4 (en) Screen and method for an unobstructed view mode and a restricted view mode and use of such a screen
DE102021110645B4 (en) Free and restricted view mode screen and use of such screen
DE102021108786B4 (en) Lighting device for a screen for a clear and a restricted view mode and use of such a lighting device
DE102016007814B4 (en) Screen for a free and restricted view mode
DE102015015516B4 (en) Screen for a free and restricted view mode
DE102020004094B3 (en) Lighting device for a screen, screen and use of a lighting device or screen
DE102021105595B3 (en) Lighting device for a screen with at least two operating modes, arrangement with lighting device and use of this
DE102016005626B4 (en) Switchable lighting device
DE102016003627A1 (en) Screen and procedure for a free and a restricted view mode
EP4314638A1 (en) Lighting device for a free viewing mode and a restricted viewing mode
DE102020004374A1 (en) Screen for a free and a restricted view mode
DE102020003830A1 (en) Lighting device for a screen
DE102020004095A1 (en) Method and arrangement for displaying an optical signal and / or an image in a vehicle
DE102019009071A1 (en) Lighting device with at least two operating modes
DE102017004913A1 (en) Screen for a free and restricted view mode
DE102016002584A1 (en) Screen and method for a free and a limited viewing mode and method for producing a suitable light guide

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final