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Gebiet der Erfindung
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In den letzten Jahren wurden große Fortschritte zur Verbreiterung des Sehwinkels bei LCDs erzielt. Allerdings gibt es oft Situationen, in denen dieser sehr große Sehbereich eines Bildschirms von Nachteil sein kann. Zunehmend werden auch Informationen auf mobilen Geräten wie Notebooks und Tablet-PCs verfügbar, wie Bankdaten oder andere, persönliche Angaben, und sensible Daten. Dem entsprechend brauchen die Menschen eine Kontrolle darüber, wer diese sensiblen Daten sehen darf; sie müssen wählen können zwischen einem weiten Betrachtungswinkel, um Informationen auf ihrem Display mit anderen zu teilen, z.B. beim Betrachten von Urlaubsfotos oder auch für Werbezwecke. Andererseits benötigen sie einen kleinen Betrachtungswinkel, wenn sie die Bildinformationen vertraulich behandeln wollen.
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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.
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Stand der Technik
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Zusatzfolien, die auf Mikro-Lamellen basieren, wurden bereits für mobile Displays eingesetzt, um deren optischen Datenschutz zu erreichen. Allerdings waren diese Folien nicht (um)schaltbar, sie mussten immer erst per Hand aufgelegt und danach wieder entfernt werden. Auch muss man sie separat zum Display transportieren, wenn man sie nicht gerade braucht. Ein wesentlicher Nachteil des Einsatzes solcher Lamellen-Folien ist ferner mit den einhergehenden Lichtverlusten verbunden.
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Die Schrift
US 5,956,107 A offenbart eine umschaltbare Lichtquelle, mit der ein Bildschirm in mehreren Modi betrieben werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass sämtliche Lichtauskopplung auf Streuung beruht und damit nur geringe Effizienz sowie nicht-optimale Lichtrichtungseffekte erzielt werden. Insbesondere die Erzielung eines fokussierten Lichtkegels wird nicht näher offenbart.
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In der
CN 107734118 A ist ein Bildschirm beschrieben, der mittels zwei Hintergrundbeleuchtungen den Betrachtungswinkel eines Bildschirms kontrollierbar gestaltet. Die obere der beiden Hintergrundbeleuchtungen soll hierzu fokussiertes Licht aussenden. Als Ausgestaltung dazu wird insbesondere ein Gitter mit opaken und transparenten Abschnitten genannt. Selbiges führt jedoch mutmaßlich dazu, dass auch das Licht der zweiten Hintergrundbeleuchtung, welches die erste in Richtung eines LCD-Panels durchdringen muss, ebenfalls fokussiert wird und mithin der eigentlich für einen breiten Betrachtungswinkel vorgesehene öffentliche Betrachtungsmodus eine deutliche Winkelschmälerung erleidet.
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Die
US 2007/030240 A1 beschreibt ein optisches Element zur Kontrolle der Lichtausbreitungsrichtung von aus einer Hintergrundbeleuchtung herrührenden Lichtes. Dieses optische Element verlangt beispielsweise Flüssigkristalle in Form von PDLCs, was zum einen teuer, zum anderen aber insbesondere für Endkundenanwendungen sicherheitskritisch ist, da PDLC-Flüssigkristalle in der Regel Spannungen höher als 60V für Ihre Schaltung benötigen.
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In der
CN 1987606 A wird wiederum ein Bildschirm beschrieben, der mittels zwei Hintergrundbeleuchtungen den Betrachtungswinkel eines Bildschirms kontrollierbar gestaltet. Dabei kommt insbesondere ein „first light plate“ zum Einsatz, welches keilförmig sein muss, um die beabsichtigte fokussierte Lichtauskopplung zu ermöglichen. Genaue Details zur Erzielung der fokussierte Lichtauskopplung mit entsprechenden Winkelbedingungen werden nicht offenbart.
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Ferner beschreibt die
US 2018/0267344 A1 einen Aufbau mit zwei flachen Beleuchtungsmodulen. Hierbei wird das Licht des in Betrachtungsrichtung hinten liegenden Beleuchtungsmodules durch eine separate Struktur fokussiert. Nach der Fokussierung muss das Licht noch das vordere Beleuchtungsmodul passieren, welches über Streuelemente verfügt. Somit ist eine starke Lichtfokussierung für einen Sichtschutz nicht optimal umsetzbar.
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Schließlich offenbart die
US 2007/0008456 A1 die Aufteilung eines Lichtabstrahlwinkels in mindestens 3 Bereiche, wobei in der Regel zwei Bereiche davon mit Licht beaufschlagt werden. Hieraus ergibt sich, dass ein Sichtschutz, bei dem ein so beleuchtetes Display verwendet wird, nicht allein aus einer Richtung betrachtbar sein kann.
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Die
WO 2015/121398 A1 der Anmelderin beschreibt einen Bildschirm der eingangs beschriebenen Art. Dort sind für die Umschaltung der Betriebsarten essentiell Streupartikel im Volumen des entsprechenden Lichtleiters vorhanden. Die dort gewählten Streupartikel aus einem Polymerisat weisen jedoch in der Regel den Nachteil auf, dass Licht aus beiden Großflächen ausgekoppelt wird, wodurch etwa die Hälfte des Nutzlichtes in die falsche Richtung, nämlich zur Hintergrundbeleuchtung hin, abgestrahlt und dort aufgrund des Aufbaus nicht in hinreichendem Umfang recycelt werden kann. Überdies können die im Volumen des Lichtleiters verteilten Streupartikel aus Polymerisat unter Umständen, insbesondere bei höherer Konzentration, zu Streueffekten führen, die den Sichtschutzeffekt in der geschützten Betriebsart vermindern.
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Die
US2020/012129 A1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung und einen Bildschirm, welche zwei Lichter für die Umschaltung zwischen einem schmalen und einem breiten Betrachtungsmodus beschreiben. Dabei wird zum einen einer der Lichtleiter mit Fasern ausgebildet. Zum anderen wird die streuende Auskoppelstruktur eines Lichtleiters in Projektionsrichtung auf bestimmte Streifen beschränkt. Dies ist für eine homogene Bildausleuchtung nachteilig und verursacht in der Regel auch ungewollte Moire-Effekte im Aufbau, etwa im Zusammenspiel mit den Pixelspalten bzw. - zeilen eines darüber liegenden LCD-Panels.
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Den vorgenannten Verfahren und Anordnungen ist in der Regel der Nachteil gemein, dass sie die Helligkeit des Grundbildschirms deutlich reduzieren und / oder ein aktives, zumindest jedoch ein spezielles, optisches Element zur Modi-Umschaltung benötigen und / oder eine aufwändige sowie teure Herstellung erfordern und / oder die Auflösung im frei betrachtbaren Modus reduzieren.
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Beschreibung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Bildschirm zu beschreiben, mit welchem 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. In beiden Betriebsarten soll eine möglichst hohe Auflösung, besonders bevorzugt die native Auflösung des verwendeten Bildschirms, sichtbar sein. Ferner soll der eingeschränkte Betrachtungswinkel einen möglichst umfassenden Sichtschutzeffekt erzielen, ohne erhöhte Anforderungen an eine zu verwendende Beleuchtungseinrichtung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Bildschirm, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend
- - eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung, die auf sie einfallendes Licht zur Darstellung eines Bildinhalts moduliert, und die in mindestens einer ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus und in einer zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann,
- - eine in Betrachtungsrichtung eines Betrachters hinter der transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung befindliche Beleuchtungseinrichtung, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, wobei die Beleuchtungseinrichtung in der ersten Betriebsart B1 Licht in einen nicht eingeschränkten Betrachtungswinkelbereich und in der zweiten Betriebsart B2 Licht in einen eingeschränkten Betrachtungswinkelbereich abstrahlt, sowie
- - eine Ansteuerung für die transmissive Bildwiedergabeeinrichtung und die Beleuchtungseinrichtung 2a zur Umschaltung zwischen den mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2.
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Der besondere Vorteil beim Kombinieren dieser Maßnahmen zur Umsetzung der Betriebsarten B1 und B2 sowohl in der Bildwiedergabeeinrichtung als auch in der Beleuchtungseinrichtung ist, dass sich insbesondere die im Betrachtungswinkelbereich einschränkenden Wirkungsweisen für die Betriebsart B2 ergänzen, so dass der Sichtschutz in diesem eingeschränkten Sichtmodus besonders stark wirkt. Dazu ist es vorteilhaft, wenn sich die jeweiligen Betrachtungswinkelbereiche der Bildwiedergabeeinrichtung als auch in der Beleuchtungseinrichtung für die Betriebsart B2 stark überlappen oder identisch sind.
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Die Ansteuerung für die transmissive Bildwiedergabeeinrichtung und die Beleuchtungseinrichtung zur Umschaltung zwischen den mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 umfasst bevorzugt eine elektronische Einrichtung, welche bevorzugt, aber nicht unbedingt, die beiden Betriebsarten B1 und B2 synchron jeweils sowohl für die Bildwiedergabeeinrichtung als auch für die Beleuchtungseinrichtung 2a umschaltet.
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Die Bildwiedergabeeinrichtung kann beispielsweise ein LCD-Panel mit zwei Flüssigkristallschichten umfassen, von denen die eine zur Modulation des Lichtes dient, um die Darstellung des besagten Bildinhalts zu ermöglichen, und von denen die andere dazu dient, den Betrachtungswinkelbereich in der ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus groß zu schalten und in der zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus einzuschränken. Die entsprechende Anordnung ist bevorzugt als ein Modul ausgebildet und umfasst weiterhin jeweils einen Polarisationsfilter hinter der hinteren, zwischen den beiden und vor der vorderen Flüssigkristallschicht.
Dabei ist es denkbar, dass diejenige Flüssigkristallschicht, welche dazu dient, den Betrachtungswinkelbereich in der ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus groß zu schalten und in der zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus einzuschränken, in Betrachtungsrichtung eines Betrachters vor der anderen Flüssigkristallschicht liegt und den Betrachtungswinkelbereich durch für die beiden Betriebsarten B1 und B2 jeweils unterschiedliche Polarisierung umschaltet. Somit wird bereits farblich und bildmoduliertes Licht für die Bestimmung des Betrachtungswinkelbereichs polarisationskodiert, so dass es in der Betriebsart B2 aus schrägen Betrachtungsrichtungen am vorderen Polarisationsfilter (der als Analysator wirkt) zu mindestens 90%, bevorzugt zu über 97%, ausgelöscht wird, bei senkrechter Betrachtung jedoch nicht. Für die Betriebsart B1 werden entsprechend andere Polarisationseigenschaften aufmoduliert, so dass es aus im Wesentlichen allen Einfallsrichtungen den Analysator passieren kann.
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Alternativ ist es möglich, dass die Bildwiedergabeeinrichtung ein Dual-Sicht-LCD-Panel umfasst, welches gleichzeitig zwei wählbare Bildinhalte in unterschiedliche Betrachtungswinkelbereiche abbildet, wobei in der ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus die beiden Bildinhalte identisch oder verschieden sind, und wobei in der zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus mindestens einer der Bildinhalte permanent schwarz oder einfarbig ist, so dass aus dem entsprechenden Blickwinkelbereich nur ein schwarzes oder informationsloses, einfarbiges Bild sichtbar ist. Ein Dual-Sicht-LCD-Panel kann, wie im Stand der Technik bekannt, beispielsweise einen Barriereschirm, ein Linsen- oder ein Prismenraster umfassen, welches ausgewählte Gruppen von Pixeln in jeweils andere Betrachtungswinkelbereiche abbildet. Durch Beaufschlagen dieser Pixelgruppen ist es dann möglich festzulegen, welche Pixel, und damit welcher jeweilige Bildinhalt, aus welchem Betrachtungswinkelbereich wahrnehmbar sind.
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Vorzugsweise strahlt die Beleuchtungseinrichtung in der zweiten Betriebsart B2 Licht derart in einen definierbaren eingeschränkten Betrachtungswinkelbereich ab, dass außerhalb dieses eingeschränkten Betrachtungswinkelbereichs, der in einer wählbaren Ebene, die den Bildschirm schneidet, gemessen wird, höchstens 50%, bevorzugt höchstens 20%, besonders bevorzugt höchstens 10% der innerhalb des eingeschränkten Betrachtungswinkelbereichs höchsten vorliegenden Leuchtdichte als maximaler Leuchtdichtewert vorliegen.
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Eine solche Ebene zur Festlegung der Messung kann vorteilhaft z.B. die Mittelsenkrechte auf den Bildschirm beinhalten und bis auf eine Toleranz von 7 Grad parallel zur unteren Kante des Bildschirms liegen.
Als „großer“ Betrachtungswinkelbereich kommt beispielhaft ein in der vorgenannten Ebene gemessener Winkelbereich in Frage, der sich von etwa -60 Grad bis +60 Grad oder von etwa -60 Grad bis +30 Grad erstreckt, wobei ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Winkel von 0 Grad mit der Mittelsenkrechten zusammenfallen soll. Ein „eingeschränkter“ Betrachtungswinkelbereich wäre beispielsweise von etwa -30 Grad bis +30 Grad, oder auch von etwa -20 Grad bis +30 Grad (Asymmetrie ist möglich), oder von etwa - 10 Grad bis +50 Grad.
Als eingeschränkter Betrachtungswinkelbereich kann grundsätzlich jeder Bereich in Frage kommen, der kleiner als der Halbraum vor dem Bildschirm ist.
Ferner ist es für einige Anwendungen vorteilhaft, dass der besagte eingeschränkte Betrachtungswinkelbereich asymmetrisch um die Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung ausgebildet ist. Die asymmetrische Ausbildung erfolgt bevorzugt in einer wählbaren Vorzugsrichtung. Dies ist insbesondere bei Anwendungen im Fahrzeug hilfreich, etwa wenn ein erfindungsgemäßer Bildschirm als sogenanntes Center-Information-Display im Armaturenbrett etwa in der Mitte zwischen Fahrer und Beifahrer angeordnet ist. Dann muss der in der Betriebsart B2 ausschließlich für den Beifahrer freigegebene, eingeschränkte Winkelbereich für die Sicht asymmetrisch gestaltet, also auf den Beifahrer gerichtet, sein. Die Vorzugsrichtung, in welcher die Asymmetrie ausgebildet ist, entspricht hier der Horizontalen.
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Vorteilhaft umfasst eine in einem Bildschirm zu Verwendung gelangende Beleuchtungseinrichtung in einer ersten Ausgestaltung mindestens
- - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung, die Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt,
- - 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.
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Alternativ kann die Beleuchtungseinrichtung in einer zweiten Ausgestaltung mindestens umfassen
- - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung,
- - 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 30% transparent ist, und wobei der Lichtleiter seitlich in mindestens einer seiner Schmalseiten eingekoppeltes Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt,
- - seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters angeordnete Leuchtmittel,
- - wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Hintergrundbeleuchtung eingeschaltet ist, und wobei in der Betriebsart B2 die Leuchtmittel ein- und die Hintergrundbeleuchtung ausgeschaltet sind.
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Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn zwischen der Bildwiedergabeeinrichtung und dem Lichtleiter mindestens eine optische Komponente angeordnet ist, bevorzugt ein Diffusor (dieser kann isotrop oder anisotrop sein) und/oder eine Prismenfolie (diese kann ebenfalls eine isotrope oder anisotrope Wirkung haben).
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Weitere Ausgestaltungsvarianten sehen vor, dass die Auskoppelelemente in ihrer Form sowie Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt sind, dass
- - jedes Auskoppelelement jeweils in seinen horizontalen und vertikalen Abmessungen kleiner ist als das Minimum aus Breite und Höhe der kleinsten Pixel (dies werden in der Regel Farbsubpixel sein, es können aber auch monochromatische Pixel sein) der Bildwiedergabeeinrichtung, und dass
- - in Projektionsrichtungen parallel zur Flächennormalen des Lichtleiters jeweils Teile oder die ganze Oberfläche mindestens zweier Auskoppelelemente unterhalb eines jeden kleinsten Pixels der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet sind.
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Außerdem ist es denkbar, dass eine Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln in den Lichtleiter eingestrahltes und von den Auskoppelelementen aus dem Lichtleiter ausgekoppeltes Licht die folgenden Bedingungen erfüllt:
- - mindestens 50% der auf einer der Großflächen zwischen einem Winkelbereich von -50° und +50° zur Flächennormalen der Großfläche ausgekoppelten Lichtmenge wird zwischen einem Winkelbereich von -20° und +20° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen senkrechte Vorzugsrichtungen abgestrahlt, und / oder mindestens 70% der auf einer der Großflächen zwischen einem Winkelbereich von -50° und +50° zur Flächennormalen der Großfläche ausgekoppelten Lichtmenge wird zwischen einem Winkelbereich von -30° und +30° bezogen auf die eine oder zwei Vorzugsrichtungen abgestrahlt, und
- - mindestens 50% der aus dem Lichtleiter ausgekoppelten Lichtmenge werden in Richtung von der Hintergrundbeleuchtung weg oder zu ihr hin ausgekoppelt.
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Die Beleuchtungseinrichtung kann zusätzlich noch einen Kollimationsfilm an einer geeigneten Stelle im Aufbau enthalten, beispielsweise ein Linsen- oder Prismenraster ober- oder unterhalb des plattenförmigen Lichtleiters.
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Der 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.
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Die Auskoppelelemente können bei der Herstellung des Lichtleiters entsprechend anpassbarer und vorgebbarer Bedingungen für die Auskopplung des Lichts grundsätzlich auf verschiedene Weise in oder auf dem Lichtleiter verteilt werden. Bei den Auskoppelelementen handelt es sich um lokal begrenzte Strukturänderungen im Volumen oder/und auf den Oberflächen des Lichtleiters. Ausdrücklich nicht unter den Begriff des Auskoppelelements fallen daher zusätzliche optische Schichten, die auf den Flächen des Lichtleiters angebracht werden, d.h. z.B. Diffusionsschichten, Reflexionsschichten, (duale) helligkeitsverstärkende, kollimierende oder auch polarisationsrecycelnde Schichten ((dual) brightness enhancement film - (D)BEF) oder reflektive Polarisatoren. Diese, nicht unter den Begriff des „Auskoppelelements“ fallenden zusätzlichen Schichten werden -wenn überhaupt- mit dem Lichtleiter nur an den Rändern verbunden, liegen im Bereich der Großflächen meistens jedoch nur lose auf und bilden mit dem Lichtleiter keine physische Einheit. Hingegen bilden auf die Großflächen aufgebrachte Lacke, die sich mit dem Lichtleiter durch chemische Reaktionen oder andere Kräfte (z.B. van der Waals-Kräfte) verbinden, eine physische Einheit, sind nicht mehr voneinander zu trennen; solche Lacke zählen daher nicht als zusätzliche Schicht im oben genannten Sinne.
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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, ihrer Ausrichtung 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.
Vorteilhaft ist die Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters so vorgegeben, dass das ausgekoppelte Licht auf mindestens 70% der Fläche des Lichtleiters eine Leuchtdichtehomogenität von 70% erreicht. Die Leuchtdichtehomogenität kann hierzu als LV min/LV max definiert werden, also als Verhältnis des kleinsten Wertes der Leuchtdichte zum größten Wert einer Fläche. Eine andere anwendbare Vorschrift zur Messung der Leuchtdichtehomogenität ist in dem „Uniformity Measurement Standard for Displays V1.3“ von der „German Automotive OEM Work Group Displays“ definiert.
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Es ist möglich, dass Auskoppelelemente auf beiden Großflächen und / oder zusätzlich optional im Volumen angebracht sind.
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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.
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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.
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Alternativ und technisch einfacher können die Hohlräume auch gebildet werden, wenn man den Lichtleiter aus zwei miteinander verbundenen Substratschichten bildet, die Substratschichten sind bevorzugt gleichartig. Die Verbindung kann chemisch, physikalisch oder durch Kleben erfolgen. Die Hohlräume sind dann als Materialaussparungen an mindestens einer der Grenzflächen der Substratschichten ausgebildet.
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Wenn die Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters angebracht sind, so werden diese vorteilhaft aus einem mit einem Werkzeug strukturierten Kunststoff oder Glas gebildet, dessen Struktur vermittels eines Werkzeuges eingeprägt wurde. Dies ist z.B. in Massenproduktion möglich, indem auf ein Lichtleitersubstrat ein UV-härtendes Material - z.B. ein Lack, ein Monomer etc. - aufgebracht wird, welches vermittels eines Werkzeuges strukturiert und durch UV-Strahlung ausgehärtet, z.B. polymerisiert wird. Andere durch Strahlung härtende Materialien können ebenfalls eingesetzt werden. Die Ausbildung der Aussparungen zur Realisierung der Auskoppelelemente lässt sich beispielsweise mechanisch, lithographisch oder drucktechnisch realisieren, oder aber auch materialauftragend, - umwandelnd, -abtragend oder -auflösend.
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Damit können z.B. Gitterstrukturen, Mikroprismen - entweder konvex mit Kunststoffanteil auf der Oberfläche nach außen zeigend, und / oder konkav als Einprägung bzw. Aussparung innerhalb der Oberflächenschicht des strukturierten Kunststoffs -, sonstige dreidimensionale Strukturelemente mit anderen Formen, oder auch Mikrolinsen kostengünstig und mit Massenfertigungstauglichkeit umgesetzt werden. Konkav ausgebildete und konvex ausgebildete Strukturen können gleichermaßen zum Einsatz kommen.
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Die Hintergrundbeleuchtung besteht beispielsweise aus einem flächigen Strahler, vorzugsweise einem weiteren Lichtleiter mit seitlich oder auf der Rückseite angeordneten weiteren Leuchtmitteln, sowie mindestens einem in den flächigen Strahler integrierten und / oder davor angeordneten Lichtkollimator, wie etwa mindestens einer Prismenfolie und / oder mindestens einem Privacyfilter (Lamellenfilter).
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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, auf welchen z.B. mindestens ein permanenter Privacy-Filter (mit Mikrolamellen) aufgebracht ist.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die Anforderungen an die Hintergrundbeleuchtung allgemein gegenüber dem Stand der Technik verringert werden: Durch die Kombination der sichteinschränkenden Wirkungen der Bildwiedergabeeinrichtung und der Beleuchtungseinrichtung (in welcher die Hintergrundbeleuchtung integriert ist), müssen nicht wie im Stand der Technik Privacy-Kontraste von 100:1 oder besser erzielt werden. Vielmehr sind Werte von 10:1 in der Hintergrundbeleuchtung bereits äußerst hilfreich, um den Sichtschutzeffekt der Bildwiedergabeeinrichtung in der Betriebsart B2 stark zu verbessern. Ein Restlicht der Bildwiedergabeeinrichtung in der Betriebsart B2 von z.B. 0,5% der Maximalhelligkeit in einem Winkel von -40 Grad würde schon auf 0,05% absinken, wenn in -40 Grad die Beleuchtungseinrichtung nur 10%
(nicht aber der schwerer zu erreichenden Wert von 1 %) der Maximalhelligkeit abstrahlt.
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Auf der Oberseite des Bildschirms und / oder auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters wie auch auf mindestens einem der Privacyfilter, wenn vorhanden, können Mittel zur Reflexminderung oder - steuerung, beispielsweise eine Antireflexbeschichtung, angeordnet sein.
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Besonders vorteilhaft der erfindungsgemäße 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.
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Ein erfindungsgemäßer Bildschirm kann gleichsam verwendet werden zur Eingabe oder Anzeige von vertraulichen Daten, beispielweise von PIN-Geheimnummern, E-Mails, SMS oder Passwörtern, an Geldautomaten, Zahlungsterminals oder mobilen Geräten.
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In allen vorgenannten Ausgestaltungen können die besagten Leuchtmittel LEDs bzw. LED-Zeilen oder Laserdioden sein. Andere Varianten sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung.
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Weiterhin können die gewünschten eingeschränkten Winkelbereiche für den Modus B2 für eine eingeschränkte Sicht jeweils für die horizontale und vertikale Richtung unabhängig voneinander definiert und umgesetzt werden. Beispielsweise könnte in der vertikalen Richtung ein größerer Winkel (oder ggf. gar keine Einschränkung) sinnvoll sein, als in der horizontalen Richtung, etwa wenn bei Geldautomaten Personen mit unterschiedlicher Größe ein Bild sehen sollen, während der Seiteneinblick stark oder komplett eingeschränkt bleiben soll. Für POS-Zahlterminals sind hingegen auf Grund von Sicherheitsbestimmungen oftmals Sichteinschränkungen im Modus B2 sowohl in horizontaler als in vertikaler Richtung notwendig.
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Grundsätzlich bleibt die Leistungsfähigkeit der Erfindung erhalten, wenn die vorbeschriebenen Parameter in bestimmten Grenzen variiert werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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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 eines Bildschirms in einer ersten Ausgestaltung im Modus B1 für einen freien Sichtmodus,
- 4 eine Prinzipskizze eines Bildschirms in einer ersten Ausgestaltung im Modus B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus,
- 5 eine Prinzipskizze zu einer beispielhaften Form eines Auskoppelelements,
- 6 eine Prinzipskizze eines Bildschirms in einer zweiten Ausgestaltung im Modus B1 für einen Sichtmodus, sowie
- 7 eine Prinzipskizze eines Bildschirms in einer zweiten Ausgestaltung im Modus B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus.
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Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen wieder.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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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 an 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.
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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. 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. Dabei muss das ausgekoppelte Licht den Lichtleiter 3 nicht noch ein weiteres Mal passieren, im Gegensatz zu den Gegebenheiten gemäß 1.
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Die Prinzipskizzen in den folgenden Zeichnungen 3, 4, 6 und 7 sind Schnittdarstellungen.
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Die 3 zeigt eine Prinzipskizze eines Bildschirms 1a in einer ersten Ausgestaltung im Modus B1 für einen freien Sichtmodus, und 4 im Modus B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, Ein Bildschirm 1a, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfasst
- - eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung 1, die auf sie einfallendes Licht zur Darstellung eines Bildinhalts moduliert, und die in mindestens einer ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus und in einer zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann,
- - eine in Betrachtungsrichtung eines Betrachters hinter der transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung 1 befindliche Beleuchtungseinrichtung 2a, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, wobei die Beleuchtungseinrichtung 2a in der ersten Betriebsart B1 Licht in einen nicht eingeschränkten Betrachtungswinkelbereich und in der zweiten Betriebsart B2 Licht in einen eingeschränkten Betrachtungswinkelbereich abstrahlt, sowie
- - eine Ansteuerung für die transmissive Bildwiedergabeeinrichtung 1 und die Beleuchtungseinrichtung 2a zur Umschaltung zwischen den mindestens zwei Betriebsarten B1 (3) und B2 (4).
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Vorteilhaft umfasst die Beleuchtungseinrichtung 2a in einer ersten Ausgestaltung hier mindestens
- - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung 2, die Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt,
- - einen in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung 2 gelegenen, plattenförmigen Lichtleiter 3, welcher auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb seines Volumens Auskoppelelemente 6 aufweist, wobei der Lichtleiter 3 für das von der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgehende Licht zu mindestens 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.
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In 3 ist das Durchlassen des von der Beleuchtungseinrichtung 2a herrührenden Lichtes (dünne Pfeile) durch die Bildwiedergabeeinrichtung 1 in alle Richtungen durch die fetten Pfeile angedeutet. Umgekehrt deuten in 4 die fetten Pfeile an, dass die Bildwiedergabeeinrichtung 1 Licht nur in einen eingeschränkten Betrachtungswinkelbereich passieren lässt (gestrichelte fette Pfeile bedeuten, dass das Licht dort nicht oder nur zu maximal zehn Prozent durchgelassen wird). Gleichzeitig trifft auch nur im Betrachtungswinkelbereich eingeschränktes Licht von der Beleuchtungseinrichtung 2a auf die Bildwiedergabeeinrichtung 1.
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Der besondere Vorteil beim Kombinieren dieser Maßnahmen zur Umsetzung der Betriebsarten B1 und B2 sowohl in der Bildwiedergabeeinrichtung 1 als auch in der Beleuchtungseinrichtung 2a ist, dass sich insbesondere die im Betrachtungswinkelbereich einschränkenden Wirkungsweisen für die Betriebsart B2 ergänzen, so dass der Sichtschutz in diesem eingeschränkten Sichtmodus besonders stark wirkt. Dazu ist es vorteilhaft, wenn sich die jeweiligen Betrachtungswinkelbereiche der Bildwiedergabeeinrichtung 1 als auch in der Beleuchtungseinrichtung 2a für die Betriebsart B2 stark überlappen oder identisch sind.
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Die -zeichnerisch nicht dargestellte- Ansteuerung für die transmissive Bildwiedergabeeinrichtung 1 und die Beleuchtungseinrichtung 2a zur Umschaltung zwischen den mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 umfasst bevorzugt eine elektronische Einrichtung, welche bevorzugt, aber nicht unbedingt, die beiden Betriebsarten B1 und B2 synchron jeweils sowohl für die Bildwiedergabeeinrichtung 1 als auch für die Beleuchtungseinrichtung 2a umschaltet.
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Die Bildwiedergabeeinrichtung 1 kann beispielsweise ein LCD-Panel mit zwei Flüssigkristallschichten umfassen, von denen die eine zur Modulation des Lichtes dient, um die Darstellung des besagten Bildinhalts zu ermöglichen, und von denen die andere dazu dient, den Betrachtungswinkelbereich in der ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus groß zu schalten und in der zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus einzuschränken. Die entsprechende Anordnung ist bevorzugt als ein Modul ausgebildet und umfasst weiterhin jeweils einen Polarisationsfilter hinter der hinteren, zwischen den beiden und vor der vorderen Flüssigkristallschicht.
Dabei ist es denkbar, dass diejenige Flüssigkristallschicht, welche dazu dient, den Betrachtungswinkelbereich in der ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus groß zu schalten und in der zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus einzuschränken, in Betrachtungsrichtung eines Betrachters vor der anderen Flüssigkristallschicht liegt und den Betrachtungswinkelbereich durch für die beiden Betriebsarten B1 und B2 jeweils unterschiedliche Polarisierung umschaltet. Somit wird bereits farblich und bildmoduliertes Licht für die Bestimmung des Betrachtungswinkelbereichs polarisationskodiert, so dass es in der Betriebsart B2 aus schrägen Betrachtungsrichtungen am vorderen Polarisationsfilter (der als Analysator wirkt) zu mindestens 90%, bevorzugt zu über 97%, ausgelöscht wird, bei senkrechter Betrachtung jedoch nicht. Für die Betriebsart B1 werden entsprechend andere Polarisationseigenschaften aufmoduliert, so dass es aus im Wesentlichen allen Einfallsrichtungen den Analysator passieren kann.
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Vorzugsweise strahlt die Beleuchtungseinrichtung 2a in der zweiten Betriebsart B2 Licht derart in einen definierbaren eingeschränkten Betrachtungswinkelbereich ab, dass außerhalb dieses eingeschränkten Betrachtungswinkelbereichs, der in einer wählbaren Ebene, die den Bildschirm 1a schneidet, gemessen wird, höchstens 50%, bevorzugt höchstens 20%, besonders bevorzugt höchstens 10% der innerhalb des eingeschränkten Betrachtungswinkelbereichs höchsten vorliegenden Leuchtdichte als maximaler Leuchtdichtewert vorliegen.
Eine solche Ebene zur Festlegung der Messung kann vorteilhaft z.B. die Mittelsenkrechte auf den Bildschirm beinhalten und bis auf eine Toleranz von 7 Grad parallel zur unteren Kante des Bildschirms 1a liegen.
Als „großer“ Betrachtungswinkelbereich kommt beispielhaft ein in der vorgenannten Ebene gemessener Winkelbereich in Frage, der sich von etwa -60 Grad bis +60 Grad oder von etwa -60 Grad bis +30 Grad erstreckt, wobei ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Winkel von 0 Grad mit der Mittelsenkrechten zusammenfallen soll. Ein „eingeschränkter“ Betrachtungswinkelbereich wäre beispielsweise von etwa -30 Grad bis +30 Grad, oder auch von etwa -20 Grad bis +30 Grad (Asymmetrie ist möglich), oder von etwa - 10 Grad bis +50 Grad.
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Die Auskoppelelemente 6 zur Auskopplung von Licht an mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters 3 bestehen bevorzugt aus Mikrolinsen und / oder Mikroprismen und / oder diffraktiven Strukturen und / oder dreidimensionalen Strukturelementen und / oder Streuelementen mit einer Ausdehnung in ihrer größten Dimension von maximal 100 Mikrometer, bevorzugt maximal 50 Mikrometer. Im Falle von diffraktiven Strukturen kann es sich beispielsweise um ein Hologramm bzw. ein Gitter/Beugungsgitter handeln. Dazu gibt 5 eine Prinzipskizze zu einer beispielhaften Form eines Auskoppelelements 6 wieder, hier in der Form eines Mikroprismas. Diese Art von Auskoppelementen kann homogen, oder bevorzugt inhomogen (d.h. beispielsweise -bis auf Ausnahmen- mit steigendem Abstand von den Leuchtmitteln 4 in größerer Anzahl pro Fläche) auf einer oder beiden Großflächen und/oder im Volumen des Lichtleiters 3 verteilt sein, z.B. als mit Luft gefüllte Aussparung. Andere Formen von Auskoppelementen 6 sind selbstverständlich möglich.
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Weiterhin zeigen 6 eine Prinzipskizze eines Bildschirms 1a in einer zweiten Ausgestaltung im Modus B1 für einen Sichtmodus sowie 7 im Modus B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus. Dabei umfasst die Beleuchtungseinrichtung 2a mindestens
- - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung 2,
- - 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 30% transparent ist, und wobei der Lichtleiter 3 seitlich in mindestens einer seiner Schmalseiten eingekoppeltes Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt,
- - seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters 3 angeordnete Leuchtmittel 4,
- - wobei in der Betriebsart B1 (6) mindestens die Hintergrundbeleuchtung 2 eingeschaltet ist, und wobei in der Betriebsart B2 (7) die Leuchtmittel 4 ein- und die Hintergrundbeleuchtung 2 ausgeschaltet sind.
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In 6 ist das Durchlassen des von der Beleuchtungseinrichtung 2a herrührenden Lichtes (dünne Pfeile) durch die Bildwiedergabeeinrichtung 1 in alle Richtungen durch die fetten Pfeile angedeutet. Umgekehrt deuten in 7 die fetten Pfeile an, dass die Bildwiedergabeeinrichtung 1 Licht nur in einen eingeschränkten Betrachtungswinkelbereich passieren lässt (gestrichelte fette Pfeile bedeuten, dass das Licht dort nicht oder nur zu maximal zehn Prozent durchgelassen wird). Gleichzeitig trifft auch nur im Betrachtungswinkelbereich eingeschränktes Licht von der Beleuchtungseinrichtung 2a auf die Bildwiedergabeeinrichtung 1.
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Die Beleuchtungseinrichtung 2a kann zusätzlich noch einen Kollimationsfilm an einer geeigneten Stelle im Aufbau enthalten, beispielsweise ein Linsen- oder Prismenraster ober- oder unterhalb des plattenförmigen Lichtleiters 3.
Der Lichtleiter 3 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.
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Die Auskoppelelemente 6 können bei der Herstellung des Lichtleiters 3 entsprechend anpassbarer und vorgebbarer Bedingungen für die Auskopplung des Lichts grundsätzlich auf verschiedene Weise in oder auf dem Lichtleiter verteilt werden. Bei den Auskoppelelementen 6 handelt es sich um lokal begrenzte Strukturänderungen im Volumen oder/und auf den Oberflächen des Lichtleiters. Ausdrücklich nicht unter den Begriff des Auskoppelelements 6 fallen daher zusätzliche optische Schichten, die auf den Flächen des Lichtleiters 3 angebracht werden, d.h. z.B. Diffusionsschichten, Reflexionsschichten, (duale) helligkeitsverstärkende, kollimierende oder auch polarisationsrecycelnde Schichten ((dual) brightness enhancement film - (D)BEF) oder reflektive Polarisatoren. Diese, nicht unter den Begriff des „Auskoppelelements“ 6 fallenden zusätzlichen Schichten werden -wenn überhaupt- mit dem Lichtleiter 3 nur an den Rändern verbunden, liegen im Bereich der Großflächen meistens jedoch nur lose auf und bilden mit dem Lichtleiter 3 keine physische Einheit. Hingegen bilden auf die Großflächen aufgebrachte Lacke, die sich mit dem Lichtleiter 3 durch chemische Reaktionen oder andere Kräfte (z.B. van der Waals-Kräfte) verbinden, eine physische Einheit, sind nicht mehr voneinander zu trennen; solche Lacke zählen daher nicht als zusätzliche Schicht im oben genannten Sinne.
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Die Struktur der Auskoppelelemente 6 kann vorgegeben werden, so dass die Wirkung eines jeden Auskoppelelements 6 zumindest näherungsweise bekannt ist und Eigenschaften des Lichtleiters 3 bzw. des aus dem Lichtleiter 3 tretenden Lichts gezielt durch eine vorgebbare Verteilung der Auskoppelelemente 6 festgelegt werden können.
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Die geforderten, für die Erfindung wesentlichen Eigenschaften für die Auskoppelelemente 6 hinsichtlich ihrer Anzahl pro Flächeneinheit, ihrer Form, ihrer Ausrichtung und Ausdehnung in drei Dimensionen sowie ihrer Verteilung auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 können beispielsweise mit einer Optik-Simulationssoftware wie etwa „LightTools“ der Firma Synopsis oder anderer Anbieter bestimmt und dann entsprechend physisch umgesetzt werden.
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Es ist möglich, dass Auskoppelelemente 6 auf beiden Großflächen und / oder zusätzlich optional im Volumen des Lichtleiters 3 angebracht sind.
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Die Hintergrundbeleuchtung 2 besteht beispielsweise aus einem flächigen Strahler, vorzugsweise einem weiteren Lichtleiter mit seitlich oder auf der Rückseite angeordneten weiteren Leuchtmitteln, sowie mindestens einem in den flächigen Strahler integrierten und / oder davor angeordneten Lichtkollimator, wie etwa mindestens einer Prismenfolie und / oder mindestens einem Privacyfilter (Lamellenfilter). Entsprechend kann also die Hintergrundbeleuchtung 2 grundsätzlich aufgebaut sein wie ein LED-Backlight, beispielsweise als sogenanntes Direct-lit LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder als ein anderer Flächenstrahler, auf welchen z.B. mindestens ein permanenter Privacy-Filter (mit Mikrolamellen) aufgebracht ist.
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Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die Anforderungen an die Hintergrundbeleuchtung 2 allgemein gegenüber dem Stand der Technik verringert werden: Durch die Kombination der sichteinschränkenden Wirkungen der Bildwiedergabeeinrichtung 1 und der Beleuchtungseinrichtung 2a (in welcher die Hintergrundbeleuchtung 2 integriert ist), müssen nicht wie im Stand der Technik Privacy-Kontraste von 100:1 oder besser erzielt werden. Vielmehr sind Werte von 10:1 in der Hintergrundbeleuchtung 2 bereits äußerst hilfreich, um den Sichtschutzeffekt der Bildwiedergabeeinrichtung 1 in der Betriebsart B2 stark zu verbessern. Ein Restlicht der Bildwiedergabeeinrichtung 1 in der Betriebsart B2 von z.B. 0,5% der Maximalhelligkeit in einem Winkel von -40 Grad würde schon auf 0,05% absinken, wenn in -40 Grad die Beleuchtungseinrichtung nur 10% (nicht aber der schwerer zu erreichenden Wert von 1%) der Maximalhelligkeit abstrahlt.
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Besonders vorteilhaft findet der erfindungsgemäße 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.
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Ein erfindungsgemäßer Bildschirm kann gleichsam verwendet werden zur Eingabe oder Anzeige von vertraulichen Daten, beispielweise von PIN-Geheimnummern, E-Mails, SMS oder Passwörtern, an Geldautomaten, Zahlungsterminals oder mobilen Geräten.
In allen vorgenannten Ausgestaltungen können die besagten Leuchtmittel 4 LEDs bzw. LED-Zeilen oder Laserdioden sein. Andere Varianten sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung.
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Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung und der damit umsetzbare Bildschirm lösen die gestellte Aufgabe: Es wurde ein Bildschirm beschrieben, mit welchem 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 ist. In beiden Betriebsarten ist eine möglichst hohe Auflösung, d.h. die native Auflösung des verwendeten Bildschirms, sichtbar. Ferner erzielt der eingeschränkte Betrachtungswinkel einen umfassenden Sichtschutzeffekt, ohne erhöhte Anforderungen an die verwendete Beleuchtungseinrichtung zu stellen.
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Die vorangehend beschriebene Erfindung kann vorteilhaft überall da angewendet werden, wo vertrauliche Daten angezeigt und / oder eingegeben werden, wie etwa bei der PIN-Eingabe oder zur Datenanzeige an Geldautomaten oder Zahlungsterminals oder zur Passworteingabe oder beim Lesen von Emails auf mobilen Geräten. Die Erfindung kann -wie weiter oben beschrieben- auch im PKW angewendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5956107 A [0004]
- CN 107734118 A [0005]
- US 2007030240 A1 [0006]
- CN 1987606 A [0007]
- US 2018/0267344 A1 [0008]
- US 2007/0008456 A1 [0009]
- WO 2015/121398 A1 [0010]
- US 2020012129 A1 [0011]
