EP3440503A1 - Bildschrirm fuer einen freien und einen eingeschraenkten sichtmodus - Google Patents

Bildschrirm fuer einen freien und einen eingeschraenkten sichtmodus

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EP3440503A1
EP3440503A1 EP17822296.4A EP17822296A EP3440503A1 EP 3440503 A1 EP3440503 A1 EP 3440503A1 EP 17822296 A EP17822296 A EP 17822296A EP 3440503 A1 EP3440503 A1 EP 3440503A1
Authority
EP
European Patent Office
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light guide
light
screen
display unit
image display
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.)
Withdrawn
Application number
EP17822296.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Schroeter
Juergen Schwarz
Ambrose Peter Nari
Markus Klippstein
Stepan Alkhimenko
André HEBER
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
Publication of EP3440503A1 publication Critical patent/EP3440503A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60K2360/20—Optical features of instruments
    • B60K2360/33—Illumination features

Definitions

  • both light guides 46 and 48 produce "narrow light", ie light with a narrow illumination angle
  • the light of the light guide 48 only becomes complicated by prismatic structures to be created sub-mirror 50 in "wide light", ie light with a wide illumination angle, converted.
  • This conversion extremely curtails the light intensity, since the light initially emitted in a narrow illumination angle, which is available as the only light, then in a large illumination angle, i.d. R. the half-space, fanned out.
  • a phosphor layer is absolutely necessary; it is intended to convert UV light into visible light. This effort is great, and in the desire for sufficient light from the backlight to illuminate a LCD panel readable, very large intensities of UV light are needed. Thus, this is expensive, expensive and even from the shielding of the required UV radiation ago not practicable.
  • the US 2012/0235891 describes a very elaborate backlight in a screen.
  • a plurality of optical fibers are used according to FIGS. 1 and 15, but also other complex optical elements, such as microlens elements 40 and prismatic structures 50, which transform the light from the rear illumination on the way to the front illumination.
  • This is expensive and expensive to implement and also associated with loss of light.
  • both light sources 4R and 18 produce light with a narrow illumination angle, wherein the light from the rear light source 18 is first converted consuming into light with a large illumination angle.
  • This complex transformation is - as already noted above - greatly brightness-reducing.
  • US 2013/0308185 describes a special optical fiber designed with steps, which emits light in a large area in different directions, depending on which direction it is illuminated from a narrow side.
  • a transmissive imager e.g. an LC display
  • a screen switchable between free and limited viewing mode can thus be generated.
  • the disadvantage here u.a. That the limited visual effect either only for left / right or for top / bottom, but not for left / right / up / down can be generated simultaneously, as it is necessary for determi mt payment transactions.
  • Even in the restricted viewing mode from blocked viewing angles still a residual light is visible.
  • DE 10 2014 003 298 A1 describes a method and arrangement for optionally limiting the recognizability of images.
  • a special optical element is necessary, which is at least 70% transparent to the light emanating from the screen, and which deflects laterally incident light from light sources into a restricted angular range in such a way that in directions ⁇ greater than ⁇ with ⁇ > 20 ° to the surface normal of the screen, the light emanating from the screen is superimposed with the light deflected by the optical element, whereby substantially the image displayed on the screen only from angles ⁇ ⁇ to the surface normal of the screen is fully visible.
  • the invention should be as inexpensive as possible to implement with simple means. In both modes, the highest possible resolution, particularly preferably the native resolution of the screen used, should be visible. Furthermore, only the least possible or no loss of light should be introduced through the solution.
  • the solution should also preferably be placeable in front of the screen so that it can be used for as many types of screens as possible, such as LCD and OLED.
  • a screen which can be operated in at least two operating modes B1 for a free viewing mode and B2 for a restricted viewing mode.
  • Such a screen comprises an image display unit, one or more in the viewing direction in front of the image display unit located, plate-shaped and transparent optical fibers, which consist of a transparent, thermoplastic or thermoelastic plastic or glass, as well as light sources, which usually laterally on at least one of Narrow sides of the light guide are arranged.
  • the image display unit is arranged behind the light guide in the viewing direction.
  • the lighting means are switched off, so that the light emanating from the image display unit, onto which image information is modulated, passes through the light guide substantially unaffected.
  • the bulbs are switched on.
  • the factor X may be> 2.5 and / or the angle ⁇ may be 10 °, 30 °, 30 °, 45 ° or other reasonable value.
  • the haze value of the light guide (s) is less than 2%.
  • the number of outcoupling elements is selected in their number per area and in their extent such that the light guide has an average Haze value of at least 80% of its area 7%, preferably less than 2%, measured in accordance with ASTM D1003, whereby the light emanating from the image display unit and passing through the light guide (3) is only slightly scattered; Furthermore, the decoupling elements are distributed on at least one of the large surfaces and / or in the volume of the light guide, that the extraction of the light originating from the light sources from the light guide to at least 80% on or from one of the large surfaces of the light guide is performed.
  • the light emanating from the image display unit, onto which image information is modulated is superimposed by light which the optical waveguide broadcasts over a large angular range, whereby the visibility of the image information represented on the image display unit is reduced from viewing angles ⁇ > ⁇ even prevented.
  • the size X can be chosen differently here and in the following embodiments of the invention, such as X> 4, 5, 6, 1 0, 20, 50, 1 00 or even larger. It is a measure of how much more the light guide emits light compared to the light radiated in the surface normal direction in "lateral" viewing angles, in particular, the angle ⁇ can also be predetermined as a function of the amount of light, ie the angle ⁇ can be influenced by the incident light quantity ,
  • the bulbs switched on in mode B2 generate at least one of the narrow sides of the light guide on at least one of the large surfaces F1 of the light guide a light emission characteristic which in the angular range 0 ° ⁇ ⁇ 30 °, an average luminance which is smaller by a factor X with X> 2.5 (or also greater than 4, 5, etc.) than the highest measurable (individual) luminance in the angular range 30 ° ⁇ ⁇ 90 ° to the surface normal.
  • At least one of the large surfaces F1 of the optical waveguide would have a light emission characteristic in which almost no light is coupled out in the angular range 0 ° ⁇ ⁇ 30 ° to the surface normal and at 30 ° ⁇ ⁇ 90 ° in the angular range Surface normal light with a luminance that is as nearly as high or even higher than the luminance of the screen in this direction is radiated. This ideal case is practically impossible to realize.
  • the angle ⁇ can be measured in any embodiment of the invention along the horizontal, the vertical and / or another direction of the screen, but always to the surface normal.
  • the screen in B2 mode can not be viewed from oblique angles from left, right, top and bottom.
  • the screen may be in the operating mode B2 only from oblique angles are not seen from left and right. From above and below, however, viewing is usually possible.
  • the Auskoppetti - they have maximum dimensions of 100 ⁇ in each room direction, preferably the dimensions between 1 ⁇ and 15 ⁇ - preferably consist of microlenses and / or microprisms and / or diff raktive structures and / or structural elements and / or scattering elements.
  • the decoupling elements can also have only the outer shape of microlenses, microprisms 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 may be evacuated, 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 optical waveguide; it is preferably lower. By filling with material and by the choice of material, one can take a greater influence on the light pipe, as would be the case with evacuated cavities.
  • the haze value of the material preferably deviates from that of the material used for the light guide; he is preferably higher.
  • the cavities can also be formed if one forms the light guide of two interconnected substrate layers, the substrate layers are preferably similar.
  • the compound can be chemically done, for example by gluing.
  • the cavities are then formed as material recesses on at least one of the interfaces.
  • the decoupling elements are mounted on at least one of the large surfaces of the light guide, they are advantageously formed from a plastic structured with a tool whose structure has been embossed by a tool. This is possible, for example, in mass production by applying to a light guide substrate a UV-curing material (eg a lacquer, a monomer, etc.) which is structured by means of a tool and cured by UV radiation, eg polymerized. Other radiation curing materials may also be used.
  • a UV-curing material eg a lacquer, a monomer, etc.
  • the formation of the recesses for the realization of the decoupling elements can be realized, for example, mechanically, lithographically or by printing, or else material applying, -umthroughnd, -abtragend or -auflösend.
  • lattice structures, microprisms either convex with plastic component on the surface facing outward, and / or concave as an imprint or recess within the surface layer of the structured plastic
  • microlenses can be implemented inexpensively and with mass production capability.
  • the plate-shaped light guide has at least two opposing large surfaces, which are arranged parallel or inclined to each other.
  • a wedge-shaped structure is also possible, although parallel large areas are advantageous.
  • Sensible thicknesses of the light guide are typically between 0, 1 mm and 4 mm inclusive. Other thicknesses may also be appropriate case-related.
  • the image display unit may be, for example, an LCD, OLED, plasma display, FED screen, SED screen, VFC screen or other type of screen.
  • the image display unit - also referred to as an imager - but can also be static in nature, such as a backlit slide or even a printed image. Other variants are possible. Furthermore, it can bring advantages if on the upper side of the image display unit and / or on at least one of the large surfaces of the light guide means for reflection reduction, such as an antiglare and / or an antireflective coating, are arranged.
  • an anti-glare coating in connection with the invention not only serves to reduce the direct reflections of external light spots, but rather also permits the scattered back reflection of the light, if any, emitted to the image display unit by the light guide in front of the image display unit.
  • the said lamps can be LEDs or LED rows or laser diodes. Other variants are conceivable and are within the scope of the invention.
  • the screen comprises further optical fibers.
  • at least one further light guide is arranged in front of the light guide in the direction of observation.
  • Extending elements are arranged or formed on one of the large surfaces and / or in the volume of the optical waveguide and of the further optical waveguide, illuminants being arranged on a narrow side of the optical waveguide and on the narrow side of the further optical waveguide opposite this narrow side, and an asymmetrical light through the decoupling elements -Abstrahl characterizing is given such that the light from that large surface of the light guide and the other light guide, which in each case is in front of viewing, is emitted in the lying in the beam direction quarter space.
  • this asymmetrical light emission characteristic requires at least two light guides for the optional blocking of the oblique view in mode B2, it can under certain circumstances be implemented favorably in relation to the outcoupling elements.
  • holographic structures or other microstructures which, for example, can also be etched into the surface of the optical waveguide.
  • the asymmetrical light emission characteristic manifests itself, for example, in the fact that, in the case of light radiated into the light guide from a left narrow side, light is radiated into the quarter space formed by the surface normal of the respective large surface of the light guide and the irradiation direction, ie away from the light source, however (almost) not in the backward direction.
  • the emission range can be, for example, in the range of 20 ° to 80 ° to the surface normal.
  • the lighting means are designed to emit colored light.
  • colored light is meant, in particular, visible light which is not white, e.g. Light in the colors red, green, blue, turquoise, yellow, cyan or magenta. Furthermore, this light can optionally be emitted in different brightness levels. It is also possible that the color of the outgoing light from the bulbs is also time modulated, such as in color and / or brightness. In addition, the bulbs can also be implemented with different individual light sources or luminous elements, such as RGB LEDs in LED rows, the same time or offset in time and / or spatial Lich each radiate light of different colors and / or different brightness.
  • the visible image is a correspondingly colored surface, but usually not just a black or white surface, because the colored light emitted by the light guide is oblique, blocked by the angle restriction. From oblique viewing direction even a bright picture content visible outshines.
  • the perceptible image depending on the design of the light source and the light guide is a gray or white surface, but usually not a black area, since the light emitted by the light guide, even a black image content outshines visible ,
  • the bulbs can emit light in a color that does not occur in the image displayed by the transmissive imager.
  • the luminescent means can emit light in a color which is present in the image represented by the transmissive image reproduction unit or in the color spectrum is close to such a color.
  • the illuminants can light in one Blend color that corresponds approximately to the complementary color of a color that occurs in the image displayed by the image display unit.
  • the screen according to the invention is particularly advantageously used for entering or displaying confidential data, for example PIN PIN numbers, e-mails, SMS or passwords, at ATMs, payment terminals or mobile devices.
  • each available light guide has at least one light entry surface and at least one light exit surface, wherein the ratio of light exit surface to light entry surface is at least 4.
  • the performance of the invention is maintained when the parameters described above are varied within certain limits.
  • the desired restricted angle ranges for the restricted view mode B2 can be independently defined and translated for the horizontal and vertical directions, respectively.
  • in the vertical direction could be a larger angle or possibly no restriction sense, as in the horizontal direction, such as when ATMs with different sizes should see something, while the page view should remain severely limited.
  • visual restrictions are often necessary in operating mode B2 both in the horizontal and in the vertical direction.
  • the invention works particularly well when, in the restricted-mode B2, i. when the bulbs are on, the image displayed on the screen is dimmed to some degree. Thereby, the superimposing effect of the light originating from the image, because it now has a lower light intensity, is amplified by the light emitted by the light guide, so that the visual impairment effect is improved.
  • the visual restriction e.g. text displayed as a picture on the screen instead of black and white in black and gray.
  • optical waveguides can contain at least 40% by weight, preferably at least 60% by weight, of polymethyl methacrylate, based on their weight. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention. Brief description of the drawings
  • 1 is a sectional view for the extraction of light, which is laterally coupled into an optical waveguide, with a defined radiation characteristic
  • FIG. 2 is a sectional view for the passage of light, which results from an image display unit, through a light guide,
  • FIG 3 shows a sectional view of a screen in the operating mode B2 for a restricted viewing mode, in which the light modulated by the imager is superimposed by light from a light guide in order to achieve the visual protection effect.
  • Fig. 4 is a sectional view of the screen in the mode B1 for a free viewing mode, wherein the light modulated by the imager is not superimposed by light from the optical fiber, and
  • Fig. 5 is a luminance curve for ideal Auskoppelmik of the light guide.
  • Fig. 1 is a schematic diagram for decoupling of light, the side of light sources 4 in a light guide 3 - shown here only as a small section in sectional view - is coupled, with a defined radiation characteristic represented.
  • the small dots stylize decoupling elements 5 for the light, which is coupled laterally from the bulbs 4. Due to total reflection, rays of the coupled-in light (bold lines) are thrown back into the light guide 3 on the outer wall, until they finally encounter decoupling elements 5 for the desired decoupling.
  • the decoupling is stylized by the cluster of five thin beams per decoupling elements 5: The long beams are at angles to the side for a stronger light decoupling in angular ranges, which are stronger from the surface normal of the optical fiber 3 away.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram for the passage of light, which originates from a (not shown here) image display unit 2, through a light guide 3.
  • the decoupling elements 5 in the light guide 3 play a substantially negligible role, since the light from the backlight the image display unit 2 is derived, that is not laterally coupled by a narrow side of Leuchtm itteln 4 and therefore not or hardly by total reflection in the light guide 3 is directed back and forth. Similarly, in the mode B1, the image information modulated onto the light from the image display unit 2 is passed through the light guide 3 almost unaffected.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a screen 1 in the operating mode B2 for a restricted viewing mode, in which the light modulated by the image display unit 2 is superimposed by light from the light guide 3 to obtain the privacy effect.
  • an image display unit 2 for example an LCD or OLED display
  • a plate-shaped, transparent optical waveguide 3 located in the viewing direction in front of the image display unit 2 with an average haze value of less than 7%, measured according to ASTM D1003
  • FIG are arranged laterally on a narrow side of the light guide 3, advantageously more Leuchtm means 4 are mounted on the opposite narrow side.
  • illuminants for example, preferably cool white LEDs, eg. B. in line arrangement, in question.
  • the illuminants 4 are switched on, so that, due to decoupling elements 5 arranged or formed on at least one of the large surfaces and / or in the volume of the light guide 3, at least one of the large surfaces - in this case the upper large surface area - of the light guide 3 a light emission characteristic is produced in which the average luminance measured at angles ⁇ to the surface normal of at least one large surface of the light guide 3 with 0 ° ⁇ ⁇ , with 10 ° ⁇ ⁇ 60 ° at least a factor X, With X> 1, 2, smaller than the highest measurable luminance - this means the highest measurable single value - the same large area of the light guide 3, which is radiated at angles ⁇ > ⁇ to the surface normal.
  • the angle ⁇ may, for example, be 10 °, 20 °, 30 °, 45 ° or any other meaningful value.
  • the decoupling elements 5 are selected in their number per area and in their extent such that the optical waveguide 3 has an average haze value of less than 7%, preferably less than 2%, at least 80% of its area, measured in accordance with ASTM D1003. whereby the light emanating from the image display unit 2 and passing through the light guide 3 is only slightly scattered; Furthermore, the decoupling elements 5 are distributed on m at least one of the large surfaces and / or in the volume of the light guide 3, that the coupling out of the light originating from the light sources 4 from the light guide 3 is carried out to at least 80% on one of the large surfaces of the light guide 3.
  • the visibility of the image information displayed on the image display unit is reduced or even prevented from viewing angles ⁇ > ⁇ .
  • the angle ⁇ can be measured here along the horizontal, the vertical and / or another direction of the screen 1, but always to the surface normal.
  • the screen 1 in the operating mode B2 can not be viewed from oblique angles from left, right, up and down.
  • the predetermined conditions apply only to a horizontal angle measurement
  • the screen 1 in the B2 mode can only be viewed from oblique angles from the left and right. From above and below, however, viewing is usually possible.
  • Size X can be chosen differently here and in other embodiments, such as X> 2.5 or X> 4, 5, 6, 10, 20, 50, 100 or even larger. It is a measure of how much more the light guide emits light in "lateral" viewing angles compared to light radiated in surface normal.
  • a light emission characteristic would prevail on at least one of the large surfaces of the light guide 3, in which almost no light is coupled out in the angular range 0 ° ⁇ ⁇ 30 ° to the surface normal, and in the angular range 30 ° ⁇ ⁇ 90 ° to the surface normal light with a luminance as nearly as possible or preferably even higher than luminance of the screen 1 in this direction, is emitted.
  • This ideal case is practically impossible to realize.
  • the lighting means 4 are switched off, so that the light emanating from the image reproduction unit, onto which image information is modulated, passes through the light guide 3 substantially uninfluenced.
  • the illuminants 4 are switched on, so that the light emanating from the image reproduction unit, onto which image information is modulated, is superimposed by light which the light guide 3 emits flatly, as a result the visibility of the image information displayed on the image display unit 2 is reduced or even prevented from viewing angles ⁇ > ⁇ .
  • a higher relative brightness of the light originating from the light guide 3 relative to the light originating from the image reproduction unit 2 at angles which are to be blocked for the view, while at non-blocked angles, the conditions are exactly the opposite, that is. From such viewing directions, the light of the image display unit 2 should be stronger than the overlapping light from the light guide 3.
  • the plate-shaped light guide 3 has at least two opposing large surfaces, which are arranged parallel or inclined to each other.
  • a wedge-shaped structure is also possible, although parallel large areas are advantageous.
  • Sensible thicknesses of the optical fiber 3 are typically between 0.1 mm and 4 mm inclusive. Other thicknesses may also be appropriate case-related.
  • the image display unit 2 can be, for example, an LCD, OLED, plasma display, FED screen, SED screen, VFC screen or another type of screen 1.
  • the image display unit 2 may also be static in nature, such as a backlit foil or even a printed image. Other variants are possible.
  • the said bulbs 4 LEDs or LED rows or laser diodes can be.
  • the light guides 3 described as part of a screen 1 can be placed on the front of the screen, so that it can be used for as many types of screens as possible, such as LCD and OLED. An intervention about in the backlight of LCDs is not necessary.
  • the screens described above allow solutions that are practical and well practicable in order to ensure secure presentation of information through an optionally limited viewing angle to realize while in another mode, a free, if possible in the viewing angle unrestricted view is possible.
  • the invention can be realized inexpensively by simple means. In both modes, the native resolution of the imager used can be used. In addition, only a small or depending on the embodiment even almost no loss of light is introduced through the solution.
  • the invention described above can advantageously be applied everywhere where confidential data is displayed and / or input, such as PIN entry or data display at ATMs or payment terminals or for password entry or reading emails on mobile devices.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bildschirm (1), der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann. Der Bildschirm (1) umfasst eine Bildwiedergabeeinheit (2), mindestens einen in Betrachtungsrichtung vor der Bildwiedergabeeinheit (2) gelegenen, plattenförmigen, transparenten Lichtleiter (3) und Leuchtmittel (4), die seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters (3) angeordnet sind. In der Betriebsart Bl sind die Leuchtmittel (4) ausgeschaltet, so dass das von der Bildwiedergabeeinheit (2) ausgehende Licht im Wesentlichen unbeeinflusst durch den Lichtleiter (3) hindurchtritt. In der Betriebsart B2 sind die Leuchtmittel (4) eingeschaltet. Dabei wird aufgrund von Auskoppelelementen (5) des Lichtleiters (3) auf der von der Bildwiedergabeeinheit (2) abgewandten Großfläche des Lichtleiters (3) eine Licht-Abstrahlcharakteristik erzeugt, bei der die durchschnittliche Leuchtdichte gemessen in Winkeln α zur Flächennormale dieser Großfläche des Lichtleiters (3) mit 0° ≤ α ≤ θ, mit 10° ≤ θ ≤ 60° um mindestens einen Faktor X, mit X ≥ 1,2, kleiner ist als die höchste messbare Leuchtdichte derselben Großfläche des Lichtleiters (3), die in Winkeln α > θ zur Flächennormale abgestrahlt wird. Das durch den Lichtleiter (3) hindurchtretende Licht wird lediglich geringfügig gestreut. Dadurch wird in der Betriebsart B2 das von der Bildwiedergabeeinheit (2) ausgehende Licht von Licht überlagert, welches der Lichtleiter (3) flächig über einen großen Winkelbereich abstrahlt, wodurch die Sichtbarkeit der auf der Bildwiedergabeeinheit (2) dargestellten Bildinformationen aus Betrachtungswinkeln α > θ verringert oder sogar verhindert wird.

Description

Titel
Bildschirm für einen freien und einen eingeschränkten Sichtmodus
Gebiet der Erfindung
In den letzten Jahren wurden große Fortschritte zur Verbreiterung des Sehwinkels bei LCDs er- zielt. 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.
Stand der Technik
Zusatzfolien, die auf Mikro-Lamellen basieren, wurden bereits für mobile Displays eingesetzt, um deren optischen Datenschutz - einen sogenannten Privacy-Modus - 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.
Die US 6,765,550 beschreibt einen solchen Sichtschutz durch Mikro-Lamellen. Größter Nachteil ist hier die mechanische Entfernung bzw. der mechanische Anbau des Filters sowie der Lichtver- lust im geschützten Modus.
In der US 5,993,940 wird der Einsatz einer Folie beschrieben, die auf ihrer Oberfläche gleichmäßig angeordnete, kleine Prismenstreifen hat, um einen Privacy-Modus zu erzielen. Entwicklung und Herstellung sind recht aufwändig.
In der WO 2012/033583 wird die Umschaltung zwischen freier und eingeschränkter Sicht vermittels der Ansteuerung von Flüssigkristallen zwischen sogenannten„chromonischen" Schichten erzeugt. Hierbei entsteht ein Lichtverlust und der Aufwand ist recht hoch. Die US 2009/0067156 offenbart eine Vielzahl an Ideen, um ein Beleuchtungssystem und ein Bildschirmgerät auszugestalten . Die dort in den Figuren 3A und 3B abgebildete Variante verwendet insbesondere zwei Hintergrundbeleuchtungen, sogenannte Backlights, bestehend aus keilförmi- gen Lichtleitern, und ein LCD-Panel, wobei das hintere Backlight 40 zwingend einen weiten Beleuchtungswinkel und das vordere Backlight 38 zwingend einen schmalen Beleuchtungswinkel erzeugen soll. Unklar bleibt hierbei jedoch die Funktionsweise, wie das Backlight 38 einen schmalen Beleuchtungswinkel erzeugen soll, ohne dass das Licht mit einem weiten Beleuchtungswinkel, welches vom Backlight 40 herrührt, beim Durchgang durch das Backlight 38 wesentlich in Licht m it einem schmalen Beleuchtungswinkel umgewandelt wird.
Zur Ausgestaltung nach Fig. 5 der US 2009/0067156 ist zu bemerken, dass beide Lichtleiter 46 und 48 jeweils„narrow light", also Licht m it einem schmalen Beleuchtungswinkel, produzieren. Das Licht des Lichtleiters 48 wird erst durch einen aufwendig m it Prismenstrukturen zu erstellen- den Teilspiegel 50 in„wide light", also Licht mit einem weiten Beleuchtungswinkel, umgewandelt. Diese Umwandlung beschneidet die Lichtintensität extrem , da das zunächst in einen schmalen Beleuchtungswinkel abgestrahlte Licht, welches als einziges Licht zur Verfügung steht, dann in einen großen Beleuchtungswinkel, i.d. R. den Halbraum , aufgefächert wird. Dies hat zur Folge, dass je nach Parametern die Helligkeit - bezogen auf die Leuchtdichte - um einen Faktor 5 oder mehr verringert wird. Es handelt sich also um eine praktisch wenig relevante Ausgestaltung.
In der Ausgestaltung nach Fig. 7 der US 2009/0067156 ist zwingend eine Phosphorschicht notwendig, diese soll UV-Licht in sichtbares Licht umwandeln. Dieser Aufwand ist groß und bei dem Wunsch nach hinreichend Licht aus dem Backlight, um ein LCD-Panel lesbar zu beleuchten, wer- den sehr große Intensitäten an UV-Licht benötigt. Mithin ist dies teuer, aufwändig und schon von der Abschirmung der benötigten UV-Strahlung her nicht praktikabel.
Die US 2012/0235891 beschreibt ein sehr aufwändiges Backlight in einem Bildschirm . Dort kommen gemäß Fig.1 und 15 nicht nur mehrere Lichtleiter zum Einsatz, sondern auch weitere kom- plexe 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 m it Lichtverlust verbunden. Gemäß der Variante nach Fig. 1 7 in der US 2012/0235891 produzieren beide Lichtquellen 4R und 18 Licht mit einem schmalen Beleuchtungswinkel, wobei das Licht von der hinteren Lichtquelle 18 erst aufwändig in Licht m it einem großen Beleuchtungswinkel, umgewandelt wird. Diese komplexe Umwandlung ist - wie weiter oben schon bemerkt - stark helligkeitsmindernd. Gemäß der JP 2007-1 55783 werden spezielle, aufwendig 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 .
Nach Lehre der GB 2428128 A werden zur Erzielung einer eingeschränkten Sicht zusätzliche, vom Bildschirm deutlich entfernte Lichtquellen, die ein auf dem Bildschirm angebrachtes Hologramm beleuchten, verwendet, um den Seiteneinblick mit speziellen Wellenlängen zu überlagern. Nachteilig sind hierbei der benötigte Abstand der Lichtquellen vom Bildschirm und der Aufwand, entsprechende Hologramme herzustellen.
In der US 2013/0308185 wird ein spezieller, m it Stufen ausgebildeter Lichtleiter beschrieben, der Licht auf einer Großfläche in verschiedene Richtungen abstrahlt, je nachdem , aus welcher Rich- tung er von einer Schmalseite aus beleuchtet wird. Im Zusammenspiel m it einem transmissiven Bildgeber, 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 bestim mte Zahlungs- Vorgänge nötig ist. Hinzu kommt, dass auch im eingeschränkten Sichtmodus aus blockierten Einsichtwinkeln immer noch ein Restlicht sichtbar ist.
Schließlich beschreibt die DE 10 2014 003 298 A1 Verfahren und Anordnung zur wahlweisen Einschränkung der Erkennbarkeit von Bildern. Hierzu ist ein spezielles optisches Element nötig ist, welches für das von dem Bildschirm ausgehende Licht zu mindestens 70% transparent ist, und welches für aus Leuchtmitteln seitlich einfallendes Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich derart ablenkt, dass in Richtungen, die in Winkeln α größer als γ, mit γ > 20°, zur Flächennormale des Bildschirms gelegen sind, das von dem Bildschirm ausgehende Licht mit dem von dem optischen Element umgelenkten Licht überlagert wird, wodurch im Wesentlichen das auf dem Bildschirm dargestellte Bild nur aus Winkeln ß < γ zur Flächennormale des Bildschirms uneingeschränkt sichtbar ist.
Den vorgenannten Verfahren und Anordnungen ist in der Regel der Nachteil gemein, dass sie die Helligkeit des Grundbildschirms deutlich reduzieren und / oder ein aktives, zum indest jedoch ein spezielles, optisches Element zur Modi-Umschaltung benötigen und / oder eine aufwendige sowie teure Herstellung erfordern und / oder die Auflösung im frei betrachtbaren Modus reduzieren. Beschreibung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Bildschirm zu beschreiben, durch den eine sichere Darstellung von Informationen durch einen wahlweise eingeschränkten Betrachtungswinkel realisiert werden können, wobei in einer zweiten Betriebsart eine freie, möglichst im Betrachtungs- winkel 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 nur ein möglichst geringer oder kein Lichtverlust durch die Lösung eingeführt werden. Die Lösung soll weiterhin bevorzugt vorn auf dem Bildschirm platzierbar sein, damit sie für möglichst viele Arten von Bildschirmen, wie etwa LCD und OLED, verwendbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst von einem Bildschirm, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann. Ein solcher Bildschirm umfasst eine Bildwiedergabeeinheit, einen oder mehrere in Betrachtungs- richtung vor der Bildwiedergabeeinheit gelegene, plattenförmige und transparente Lichtleiter, welche aus einem transparenten, thermoplastischen oder thermoelastischem Kunststoff oder aus Glas bestehen, sowie Leuchtmittel, die in der Regel seitlich an mindestens einer der Schmalseiten des Lichtleiters angeordnet sind. Die Bildwiedergabeeinheit ist in Betrachtungsrichtung hinter dem Lichtleiter angeordnet.
In der Betriebsart B1 sind die Leuchtmittel ausgeschaltet, so dass das von der Bildwiedergabeeinheit ausgehende Licht, auf welches Bildinformationen aufmoduliert sind, im Wesentlichen un- beeinflusst durch den Lichtleiter hindurchtritt. In der Betriebsart B2 sind die Leuchtmittel eingeschaltet. Dabei wird aufgrund von auf mindestens einer der Großflächen und / oder im Volumen des Lichtleiters angeordneten oder ausgebildeten Auskoppelelementen auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters eine Licht-Abstrahlcharakteristik erzeugt, bei der die durchschnittliche Leuchtdichte gemessen in Winkeln α zur Flächennormale der mindestens einen Großfläche des Lichtleiters mit 0° < α < Θ, mit 10° < Θ < 60° um mindestens einen Faktor X, mit X > 1 ,2, kleiner ist als die höchste messbare Leuchtdichte derselben Großfläche F1 des Lichtleiters, die in Winkeln α > Θ zur Flächennormale abgestrahlt wird. In anderen Ausgestaltungen kann der Faktor X > 2,5 sein und / oder der Winkel Θ 10°, 30°, 30°, 45° oder einen anderen sinnvollen Wert betragen. In bevorzugten Ausgestaltungen beträgt der Haze-Wert des oder der Lichtleiter(s) weniger als 2% Die Auskoppelelemente sind in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung so gewählt, dass der Lichtleiter auf mindestens 80% seiner Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7% - bevorzugt weniger als 2% - aufweist, gemessen gemäß ASTM D1003, wodurch das von der Bildwiedergabeeinheit ausgehende und durch den Lichtleiter (3) hindurchtretende Licht lediglich geringfügig gestreut wird ; ferner sind die Auskoppelelemente derart auf mindestens einer der Großflächen und / oder im Volumen des Lichtleiters verteilt, dass die Auskopplung des von den Leuchtmitteln herrührenden Lichts aus dem Lichtleiter zu m indestens 80% auf bzw. aus einer der Großflächen des Lichtleiters durchgeführt wird.
Im Ergebnis wird in der Betriebsart B2 das von der Bildwiedergabeeinheit ausgehende Licht, auf welches Bildinformationen aufmoduliert sind, von Licht überlagert, welches der Lichtleiter flächig über einen großen Winkelbereich abstrahlt, wodurch die Sichtbarkeit der auf der Bildwiedergabeeinheit dargestellten Bildinformationen aus Betrachtungswinkeln α > Θ verringert oder sogar ver- hindert wird.
Die Größe X kann hier und in den folgenden Ausgestaltungen der Erfindung auch anders gewählt werden, etwa X > 4, 5, 6, 1 0, 20, 50, 1 00 oder noch größer. Sie ist ein Maß dafür, wieviel stärker der Lichtleiter in„seitliche" Einblickwinkel Licht verglichen m it dem in Flächennormalenrichtung abgestrahlten Licht abstrahlt. Insbesondere ist auch der Winkel Θ in Abhängigkeit von der Lichtmenge vorgebbar, d.h . der Winkel Θ ist durch die eingestrahlte Lichtmenge beeinflussbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bildschirms erzeugen die in der Betriebsart B2 eingeschalteten Leuchtmittel an m indestens einer der Schmalseiten des Lichtleiters auf m indestens einer der Großflächen F1 des Lichtleiters eine Licht-Abstrahlcharakteristik, die im Winkelbereich 0° < α < 30° eine durchschnittliche Leuchtdichte aufweist, welche um einen Faktor X mit X > 2,5 (oder auch größer als 4, 5 etc.) kleiner ist als die höchste messbare (einzelne) Leuchtdichte im Winkelbereich 30° < α < 90° zur Flächennormalen. Im Idealfall würde auf m indestens einer der Großflächen F1 des Lichtleiters eine Licht-Abstrahlcharakteristik vorherrschen, bei der im Winkelbereich 0° < α < 30° zur Flächennormalen nahezu kein Licht ausgekoppelt wird, und bei der im Winkelbereich 30° < α < 90° zur Flächennormalen Licht mit einer Leuchtdichte, die möglichst annähernd so hoch oder sogar höher als die Leuchtdichte des Bildschirms in dieser Richtung ist, abgestrahlt wird. Dieser Idealfall ist praktisch jedoch kaum realisierbar.
Der Winkel α kann in jeder Ausgestaltung der Erfindung gemessen werden entlang der Horizontalen, der Vertikalen und / oder einer anderen Richtung des Bildschirms, aber stets zur Flächennormalen. Wenn beispielsweise die vorgegebenen Bedingungen für eine horizontale und verti- kale Winkelmessung gelten, kann der Bildschirm in der Betriebsart B2 aus schrägen Winkeln nicht von links, rechts, oben und unten eingesehen werden. Wenn jedoch die vorgegebenen Bedingungen nur für eine horizontale Winkelmessung gelten, kann der Bildschirm in der Betriebsart B2 lediglich aus schrägen Winkeln nicht von links und rechts eingesehen werden . Von oben und unten jedoch ist die Betrachtung dann in der Regel möglich.
Die Auskoppelemente - sie weisen maximale Abmessungen von 100 μιη in jeder Raum richtung auf, bevorzugt betragen die Abmessungen zwischen 1 μιη und 15 μιη - bestehen bevorzugt aus Mikrolinsen und / oder Mikroprismen und / oder diff raktiven Strukturen und / oder Strukturelementen und / oder Streuelementen.
Die Auskoppelelemente können aber auch nur die äußere Form von Mikrolinsen , Mikroprismen 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 m it einem gasförmigen, flüssigem oder festem 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 einen größeren Einfluss auf die Lichtleitung nehmen, als dies bei luftleeren Hohlräumen der Fall wäre. Alternativ oder ergänzend weicht auch der Haze-Wert des Materials bevorzugt von demjenigen des für den Lichtleiter verwendeten Material ab; er ist bevorzugt höher. Technisch einfach 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 beispielsweise durch Kleben erfolgen . Die Hohlräume sind dann als Materialaussparungen an mindestens einer der Grenzflächen ausgebildet. Wenn also die Auskoppelelemente auf m indestens einer der Großflächen des Lichtleiters angebracht sind, so werden diese vorteilhaft aus einem mit einem Werkzeug strukturierten Kunststoff gebildet, dessen Struktur verm ittels 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. Dam it können z.B. Gitterstrukturen, Mikroprismen (entweder konvex m it Kunststoffanteil auf der Oberfläche nach außen zeigend, und / oder konkav als Einprägung bzw. Aussparung innerhalb der Oberflächenschicht des strukturierten Kunststoffs) oder auch Mikrolinsen kostengünstig und mit Massenfertigungstauglichkeit umgesetzt werden. Wesentlich für die Erfindung ist insgesamt eine höhere (relative) Helligkeit des aus dem Lichtleiter herrührenden Lichts gegenüber dem aus der Bildwiedergabeeinheit herrührenden Lichtes in Winkeln, die für die Sicht blockiert werden sollen, während bei nicht-blockierten Winkeln die Verhält- nisse genau umgekehrt liegen sollen, d.h. aus solchen Blickrichtungen soll das Licht der Bildwiedergabeeinheit stärker sein, als das überlagernde Licht aus dem Lichtleiter.
Ferner weist der plattenförm ige Lichtleiter mindestens zwei einander gegenüberliegende Großflächen auf, die parallel oder geneigt zueinander angeordnet sind. Eine keilförmige Struktur ist auch möglich, wenngleich parallele Großflächen von Vorteil sind. Sinnvolle Dicken des Lichtleiters liegen typischerweise zwischen einschließlich 0, 1 mm und einschließlich 4 mm . Andere Dicken können fallbedingt auch sinnvoll sein.
Für alle Ausgestaltungen gilt, dass die Bildwiedergabeeinheit zum Beispiel ein LCD, OLED, Plasma-Display, FED-Bildschirm , SED-Bildschirm , VFC-Bildschirm oder eine andere Art von Bildschirm sein kann. Die Bildwiedergabeeinheit - auch als Bildgeber bezeichnet - kann aber auch statischer Natur sein, etwa eine von hinten beleuchtete Folie oder sogar ein gedrucktes Bild. Weitere Varianten sind möglich . Weiterhin kann es Vorteile bringen, wenn auf der Oberseite der Bildwiedergabeeinheit und / oder auf m indestens einer der Großflächen des Lichtleiters Mittel zur Reflexminderung , etwa eine An- tiglare- und / oder ein Antireflexbeschichtung, angeordnet sind. Insbesondere eine Antiglarebe- schichtung dient im Zusammenhang mit der Erfindung nicht allein der Verm inderung von direkten Reflexen externer Lichtspots, sondern erlaubt vielmehr auch die gestreute Rückreflexion des ge- gebenenfalls zur Bildwiedergabeeinheit hin vom Lichtleiter vor der Bildwiedergabeeinheit abgestrahlten Lichtes.
In allen Ausgestaltungen der Erfindung können die besagten Leuchtmittel LEDs bzw. LED-Zeilen oder Laserdioden sein. Andere Varianten sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Bildschirm weitere Lichtleiter. Insbesondere vorteilhaft ist vor dem Lichtleiter in Betrachtungsrichtung m indestens ein weiterer Lichtleiter angeordnet. An jeweils einer der Großflächen und / oder im Volumen des Lichtleiters und des weiteren Lichtleiters sind Auskoppelelemente angeordnet oder ausgebildet, wobei Leuchtmittel an einer Schmalseite des Lichtleiters und an der dieser Schmalseite gegenüberliegenden Schmalseite des weiteren Lichtleiters angeordnet sind, und wobei durch die Auskoppelelemente eine asymmetrische Licht-Abstrahlcharakteristik derart vorgegeben ist, dass das Licht aus derjenigen Großfläche des Lichtleiters und des weiteren Lichtleiters, welche jeweils in Betrachtungsrichtung vorne liegt, in den in Einstrahlrichtung liegenden Viertelraum abgestrahlt wird. Diese asymmetrische Licht- Abstrahlcharakteristik erfordert für die wahlweise Blockierung der Schrägsicht im Modus B2 zwar mindestens zwei Lichtleiter, kann aber unter Umständen im Bezug auf die Auskoppelelemente günstig umzusetzen ein.
Als Auskoppelelemente lassen sich generell beispielsweise holographische Strukturen oder sonstige Mikrostrukturen verwenden, die beispielsweise auch in die Oberfläche des Lichtleiters eingeätzt werden können. Die asymmetrische Licht-Abstrahlcharakteristik äußert sich beispielsweise darin, dass bei von einer linken Schmalseite in den Lichtleiter eingestrahltes Licht in den Viertelraum , der von der Flächennormalen der jeweiligen Großfläche des Lichtleiters und der Einstrahlrichtung - also von dem Leuchtmittel weg - gebildet wird, abgestrahlt wird, jedoch (nahezu) nicht in rückwärtiger Richtung. Der Abstrahlbereich kann beispielsweise im Bereich von 20° bis 80° zur Flächennormalen liegen . In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung sind die Leuchtmittel zur Abstrahlung farbigen Lichts ausgebildet. Unter farbigem Licht wird insbesondere sichtbares Licht verstanden, welches nicht weiß ist, also z.B. Licht in den Farben Rot, Grün, Blau, Türkis, Gelb, Cyan oder Magenta. Ferner kann dieses Licht wahlweise in verschiedenen Helligkeitsstufen abgestrahlt werden. Außerdem ist es möglich, dass die Farbigkeit des von den Leuchtmitteln ausgehenden Lichtes auch zeitlich moduliert wird, etwa in Farbe und / oder Helligkeit. Darüber hinaus können die Leuchtmittel auch m it verschiedenen einzelnen Leuchtmitteln bzw. Leuchtelementen umgesetzt werden, etwa RGB-LEDs in LED-Zeilen, die gleichzeitig oder zeitlich versetzt und / oder räum lich versetzt jeweils Licht unterschiedlicher Farben und / oder unterschiedlicher Helligkeit abstrahlen.
In der Betriebsart B2 ist das aus schrägen, durch die Winkeleinschränkung geblockten Sichtrichtungen, wahrnehmbare Bild je nach Ausgestaltung der Leuchtmittel dann eine entsprechend gefärbte Fläche, in der Regel jedoch gerade nicht eine schwarze oder weiße Fläche, da das farbige Licht, welches der Lichtleiter aussendet, aus schräger Betrachtungsrichtung selbst einen hellen Bildinhalt sichtbar überstrahlt. Ohne die Verwendung von farbigen Leuchtm itteln ist das wahrnehmbare Bild je nach Ausgestaltung der Leuchtmittel und des Lichtleiters eine graue oder weiße Fläche, in der Regel jedoch nicht eine schwarze Fläche, da ja das Licht, welches der Lichtleiter aussendet, selbst einen schwarzen Bildinhalt sichtbar überstrahlt. Die Leuchtmittel können Licht in einer Farbe abstrahlen , welche im vom transmissiven Bildgeber dargestellten Bild nicht vorkommt. Alternativ können die Leuchtm ittel Licht in einer Farbe abstrahlen, welche im von der transmissiven Bildwiedergabeeinheit dargestellten Bild vorkommt bzw. im Farbspektrum nahe an einer solchen Farbe liegt. Außerdem können die Leuchtm ittel Licht in einer Farbe abstrahlen, die in etwa der Komplementärfarbe einer Farbe, welche im von der Bildwiedergabeeinheit dargestellten Bild vorkommt, entspricht.
Besonders vorteilhaft findet der erfindungsgemäße Bildschirm Verwendung zur Eingabe oder An- zeige von vertraulichen Daten, beispielweise von PIN-Geheim nummern, E-Mails, SMS oder Passwörtern, an Geldautomaten, Zahlungsterminals oder mobilen Geräten.
Für alle Ausgestaltungen gilt, dass jeder vorhandene Lichtleiter mindestens eine Lichteintrittsfläche und m indestens eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei das Verhältnis von Lichtaustrittsflä- che zu Lichteintrittsfläche mindestens 4 beträgt.
Grundsätzlich bleibt die Leistungsfähigkeit der Erfindung erhalten, wenn die vorbeschriebenen Parameter in bestimmten Grenzen variiert werden. 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 etwas sehen sollen, während der Seiteneinblick stark eingeschränkt bleiben soll. Für POS-Zahlterm inals sind hingegen auf Grund von Sicherheitsbestimmungen oftmals Sichteinschränkungen in der Betriebsart B2 sowohl in horizontaler als in vertikaler Richtung notwendig.
Besonders gut funktioniert die Erfindung dann, wenn in der sichteingeschränkten Betriebsart B2, d.h. wenn die Leuchtmittel eingeschaltet sind, das auf dem Bildschirm dargestellte Bild zu einem gewissen Grad gedimmt wird. Dadurch wird der Überlagerungseffekt des vom Bild herrührenden Lichtes, weil dies nun eine geringere Lichtstärke aufweist, mit dem durch den Lichtleiter abgestrahlten Licht verstärkt, so dass der Sichteinschränkungseffekt verbessert wird. Zur weiteren Verbesserung der Sichteinschränkung kann in diesem Falle auch z.B. auf dem Bildschirm als Bild dargestellter Text statt schwarz-weiß in schwarz-grau wiedergegeben werden .
Weiterhin können die Lichtleiter mindestens 40 Gew.%, bevorzugt mindestens 60 Gew. %, Poly- methylmethacrylat bezogen auf ihr Gewicht, beinhalten . 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. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Schnittdarstellung zur Auskopplung von Licht, das seitlich in einen Lichtleiter eingekoppelt wird, mit einer definierten Abstrahlcharakteristik,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung zum Durchgang von Licht, das von einer Bildwiedergabeeinheit herrührt, durch einen Lichtleiter,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines Bildschirms in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, wobei das durch den Bildgeber modulierte Licht von Licht aus einem Lichtleiter überlagert wird, um den Sichtschutzeffekt zu erzielen,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Bildschirms in der Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus, wobei das durch den Bildgeber modulierte Licht nicht von Licht aus dem Lichtleiter überlagert wird, und
Fig. 5 einen Leuchtdichteverlauf für ideale Auskoppelverhältnisse des Lichtleiters.
Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen, darunter auch Schnittdarstellungen, wieder.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Fig. 1 ist eine Prinzipskizze zur Auskopplung von Licht, das seitlich von Leuchtmitteln 4 in einen Lichtleiter 3 - hier nur als kleiner Ausschnitt in Schnittdarstellung gezeigt - eingekoppelt wird, mit einer definierten Abstrahlcharakteristik, dargestellt. Die kleinen Punkte stilisieren Auskoppelelemente 5 für das Licht, welches seitlich von den Leuchtmitteln 4 eingekoppelt wird. 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 auf Auskoppelelemente 5 zur gewünschten Auskopplung treffen. Die Auskopplung ist durch das Cluster von je fünf dünnen Strahlen pro Auskoppelelemente 5 stilisiert: Dabei stehen die langen Strahlen in Winkeln zur Seite für eine stärkere Lichtauskopplung in Winkelbereiche, die stärker von der Flächennormalen des Lichtleiters 3 weg liegen. Die kürzeren Strahlen stilisieren, dass in Winkelbereiche, die näher an der Flächennormalen des Lichtleiters 3 liegen, schon weniger Licht ausgekoppelt wird, während das Minimum an Licht in Flächennormalenrichtung des Lichtleiters 3 ausgekoppelt wird, hier angezeigt durch den kürzesten Pfeil nach oben. Die Darstellung in Fig. 1 ist zur besseren Erkennbarkeit stark stilisiert; in der Realität ist eine sehr große Vielzahl an Strahlengängen und Streupartikeln 5 im Lichtleiter 3 umgesetzt. Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze zum Durchgang von Licht, das von einer (hier zeichnerisch nicht dargestellten) Bildwiedergabeeinheit 2 herrührt, durch einen Lichtleiter 3. Die Auskoppelelemente 5 im Lichtleiter 3 spielen dabei eine im Wesentlichen vernachlässigbare Rolle, da das Licht aus der Hintergrundbeleuchtung durch die Bildwiedergabeeinheit 2 herrührt, d.h. nicht seitlich durch eine Schmalseite von Leuchtm itteln 4 eingekoppelt wird und daher nicht bzw. kaum durch Totalreflexion im Lichtleiter 3 hin und her gelenkt wird. In der Betriebsart B1 werden ähnlich die auf das Licht von der Bildwiedergabeeinheit 2 aufmodulierten Bildinformationen entsprechend nahezu unbeeinflusst durch den Lichtleiter 3 hindurchgeleitet.
Fig. 3 gibt eine Prinzipskizze eines Bildschirms 1 in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus wieder, wobei das durch die Bildwiedergabeeinheit 2 modulierte Licht von Licht aus dem Lichtleiter 3 überlagert wird, um den Sichtschutzeffekt zu erzielen, Dargestellt in Fig. 3 sind eine Bildwiedergabeeinheit 2, beispielsweise ein LCD- oder OLED-Dis- play, ein in Betrachtungsrichtung vor der Bildwiedergabeeinheit 2 gelegener, plattenförmiger, transparenten Lichtleiter 3 m it einem durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7%, gemessen gemäß ASTM D1003, und Leuchtm ittel 4, die seitlich an einer Schmalseite des Lichtleiters 3 angeordnet sind, vorteilhaft sind weitere Leuchtm ittel 4 an der gegenüberliegenden Schmalseite angebracht. Als Leuchtm ittel kommen beispielsweise bevorzugt kaltweiße LEDs, z. B. in Zeilenanordnung, in Frage.
Dabei sind in der Betriebsart B2 die Leuchtm ittel 4 eingeschaltet, so dass aufgrund von auf mindestens einer der Großflächen und / oder im Volumen des Lichtleiters 3 angeordneten oder aus- gebildeten Auskoppelelementen 5 auf m indestens einer der Großflächen - hier der oberen Großfläche - des Lichtleiters 3 eine Licht-Abstrahlcharakteristik erzeugt wird, bei der die durchschnittliche Leuchtdichte gemessen in Winkeln α zur Flächennormale der m indestens einen Großfläche des Lichtleiters 3 mit 0° < α < Θ, mit 10° < Θ < 60° um m indestens einen Faktor X, m it X > 1 ,2, kleiner ist als die höchste messbare Leuchtdichte - dam it ist der höchste messbare Einzelwert gemeint - derselben Großfläche des Lichtleiters 3, die in Winkeln α > Θ zur Flächennormale abgestrahlt wird. Der Winkel α kann beispielsweise 10°, 20°, 30°, 45° oder einer anderen sinnvollen Wert annehmen. Die Auskoppelelemente 5 sind in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung so gewählt, dass der Lichtleiter 3 auf m indestens 80% seiner Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7% - bevorzugt weniger als 2% - aufweist, gemessen gemäß ASTM D1003, wodurch das von der Bildwiedergabeeinheit 2 ausgehende und durch den Lichtleiter 3 hindurchtretende Licht lediglich geringfügig gestreut wird ; ferner sind die Auskoppelelemente 5 derart auf m indestens einer der Großflächen und / oder im Volumen des Lichtleiters 3 verteilt, dass die Auskopplung des von den Leuchtmitteln 4 herrührenden Lichts aus dem Lichtleiter 3 zu mindestens 80% auf einer der Großflächen des Lichtleiters 3 durchgeführt wird.
Dadurch wird in der Betriebsart B2 das von der Bildwiedergabeeinheit 2 ausgehende Licht - in Fig. 3 als dicke, helle Pfeile eingezeichnet -, auf welches Bildinformationen aufmoduliert sind, von Licht überlagert, welches der Lichtleiter 3 flächig abstrahlt, in Anlehnung an Fig. 2 hier mit dünnen Pfeilen unterschiedlicher Länge dargestellt. Som it wird die Sichtbarkeit der auf der Bildwiedergabeeinheit dargestellten Bildinformationen aus Betrachtungswinkeln α > Θ verringert oder sogar verhindert.
Der Winkel α kann hier gemessen werden entlang der Horizontalen , der Vertikalen und / oder einer anderen Richtung des Bildschirms 1 , aber stets zur Flächennormalen. Wenn beispielsweise die vorgegebenen Bedingungen für eine horizontale und vertikale Winkelmessung gelten, kann der Bildschirm 1 in der Betriebsart B2 aus schrägen Winkeln nicht von links, rechts, oben und unten eingesehen werden. Wenn jedoch die vorgegebenen Bedingungen nur für eine horizontale Winkelmessung gelten, kann der Bildschirm 1 in der Betriebsart B2 lediglich aus schrägen Winkeln nicht von links und rechts eingesehen werden. Von oben und unten jedoch ist die Betrachtung dann in der Regel möglich . Demgegenüber zeigt Fig. 4 eine Prinzipskizze des Bildschirms 1 in der Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus, wobei das durch die Bildwiedergabeeinheit 2 modulierte Licht (dicke, helle Pfeile) nicht von Licht aus dem Lichtleiter 3 überlagert wird, weil jetzt die Leuchtm ittel 4 ausgeschaltet sind. Damit die tritt das Licht der Bildwiedergabeeinheit 2 im Wesentlichen unbeeinflusst durch den Lichtleiter 3 hindurch und erreicht som it den oder die Betrachter im Wesentlichen un- beeinflusst.
Die o.g. Größe X kann hier und in anderen Ausgestaltungen auch anders gewählt werden, etwa X > 2,5 oder X > 4, 5, 6, 10, 20, 50, 100 oder noch größer. Sie ist ein Maß dafür, wieviel stärker der Lichtleiter in„seitliche" Einblickwinkel Licht verglichen m it dem in Flächennormale abgestrahl- ten Licht abstrahlt.
Fig. 5 zeigt beispielhaft den Verlauf der relativen Leuchtdichte in Abhängigkeit vom Winkel zur Flächennormalen für ideale Auskoppelverhältnisse des Lichtleiters 3 in diesem Fall , für einen Winkel Θ = 30°. In einem derartigen Idealfall würde auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters 3 eine Licht-Abstrahlcharakteristik vorherrschen, bei der im Winkelbereich 0° < α < 30° zur Flächennormalen nahezu kein Licht ausgekoppelt wird , und bei der im Winkelbereich 30° < α < 90° zur Flächennormalen Licht mit einer Leuchtdichte, die möglichst annähernd so hoch oder bevorzugt sogar höher als Leuchtdichte des Bildschirms 1 in diese Richtung ist, abgestrahlt wird. Dieser Idealfall ist praktisch jedoch kaum realisierbar.
Dabei sind in der Betriebsart B1 die Leuchtmittel 4 ausgeschaltet, so dass das von der Bildwie- dergabeeinheit ausgehende Licht, auf welches Bildinformationen aufmoduliert sind, im Wesentlichen unbeeinflusst durch den Lichtleiter 3 hindurchtritt.
In der Betriebsart B2 jedoch, die nicht separat zeichnerisch dargestellt ist, sind die Leuchtm ittel 4 eingeschaltet, so dass das von der Bildwiedergabeeinheit ausgehende Licht, auf welches Bildin- formationen aufmoduliert sind, von Licht überlagert wird, welches der Lichtleiter 3 flächig abstrahlt, wodurch die Sichtbarkeit der auf der Bildwiedergabeeinheit 2 dargestellten Bildinformationen aus Betrachtungswinkeln α > Θ verringert oder sogar verhindert wird. Wesentlich ist insgesamt eine höhere relative Helligkeit des aus dem Lichtleiter 3 herrührenden Lichts gegenüber dem aus der Bildwiedergabeeinheit 2 herrührenden Licht in Winkeln, die für die Sicht blockiert werden sollen, während bei nicht-blockierten Winkeln die Verhältnisse genau umgekehrt liegen, d.h. aus solchen Blickrichtungen soll das Licht der Bildwiedergabeeinheit 2 stärker sein als das überlagernde Licht aus dem Lichtleiter 3.
Ferner weist der plattenförm ige Lichtleiter 3 mindestens zwei einander gegenüberliegende Groß- flächen auf, die parallel oder geneigt zueinander angeordnet sind. Eine keilförmige Struktur ist auch möglich, wenngleich parallele Großflächen von Vorteil sind. Sinnvolle Dicken des Lichtleiters 3 liegen typischerweise zwischen einschließlich 0,1 mm und einschließlich 4 mm . Andere Dicken können fallbedingt auch sinnvoll sein. Für alle Ausgestaltungen gilt, dass die Bildwiedergabeeinheit 2 zum Beispiel ein LCD, OLED, Plasma-Display, FED-Bildschirm , SED-Bildschirm , VFC-Bildschirm oder eine andere Art von Bildschirm 1 sein kann. Die Bildwiedergabeeinheit 2 kann aber auch statischer Natur sein, etwa eine von hinten beleuchtete Folie oder sogar ein gedrucktes Bild. Weitere Varianten sind möglich. In allen Ausgestaltungen der Erfindung können die besagten Leuchtmittel 4 LEDs bzw. LED- Zeilen oder Laserdioden sein. Andere Varianten sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung . Die beschriebenen Lichtleiter 3 als Teil eines Bildschirms 1 sind vorn auf dem Bildschirm platzierbar, so dass sie für möglichst viele Arten von Bildschirmen, wie etwa LCD und OLED, verwendbar ist. Ein Eingriff etwa in die Hintergrundbeleuchtung von LCDs ist nicht notwendig.
Die vorstehend beschriebenen Bildschirme erlauben praktisch gut umsetzbare Lösungen, um eine sichere Darstellung von Informationen durch einen wahlweise eingeschränkten Betrach- tungswinkel zu realisieren, während in einer weiteren Betriebsart eine freie, möglichst im Betrachtungswinkel uneingeschränkte Sicht möglich ist. Die Erfindung ist mit einfachen Mitteln preisgünstig realisierbar. In beiden Betriebsarten ist die native Auflösung des verwendeten Bildgebers nutzbar. Außerdem wird nur ein geringer bzw. je nach Ausgestaltung sogar nahezu kein Lichtverlust durch die Lösung eingeführt.
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.
Bezuqszeichenliste
1 Bildschirm
2 Bildwiedergabeeinheit
3 Lichtleiter
3a, 3b Schichten des Lichtleiters
4 Leuchtmittel
5 Auskoppelelement
6 Lamellenform
7 Mikrolamelle
B1 Betriebsart für einen freien Sichtmodus
B2 Betriebsart für einen eingeschränkten Sichtmodus

Claims

Patentansprüche
1. Bildschirm (1 ), der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend eine Bildwiedergabeeinheit (2),
mindestens einen in Betrachtungsrichtung vor der Bildwiedergabeeinheit (2) gelegenen, plattenförmigen, transparenten Lichtleiter (3), welcher aus einem transparenten, thermoplastischen oder thermoelastischem Kunststoff oder aus Glas besteht, und
Leuchtmittel (4), die seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
die Bildwiedergabeeinheit (2) in Betrachtungsrichtung hinter dem Lichtleiter (3) angeordnet ist,
wobei in der Betriebsart B1 die Leuchtmittel (4) ausgeschaltet sind, so dass das von der Bildwiedergabeeinheit (2) ausgehende Licht, auf welches Bildinformationen aufmoduliert sind, im Wesentlichen unbeeinflusst durch den Lichtleiter (3) hindurchtritt, und wobei in der Betriebsart B2 die Leuchtmittel (4) eingeschaltet sind, und aufgrund von auf mindestens einer der Großflächen und / oder im Volumen des Lichtleiters (3) angeordneten oder ausgebildeten Auskoppelelementen (5) auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters (3) eine Licht-Abstrahlcharakteristik erzeugt wird, bei der die durchschnittliche Leuchtdichte gemessen in Winkeln α zur Flächennormale der mindestens einen Großfläche des Lichtleiters (3) mit 0° < α < Θ, mit 10° < Θ < 60° um mindestens einen Faktor X, mit X > 1 ,
2, kleiner ist als die höchste messbare Leuchtdichte derselben Großfläche F1 des Lichtleiters (3), die in Winkeln α > Θ zur Flächennormale abgestrahlt wird,
wobei die Auskoppelelemente (5) in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung so gewählt sind, dass der Lichtleiter (3) auf mindestens 80% seiner Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, gemessen gemäß ASTM D1003, wodurch das von der Bildwiedergabeeinheit (2) ausgehende und durch den Lichtleiter (3) hindurchtretende Licht lediglich geringfügig gestreut wird, und
wobei ferner die Auskoppelelemente (5) derart auf mindestens einer der Großflächen und / oder im Volumen des Lichtleiters (3) verteilt sind, dass die Auskopplung des von den Leuchtmitteln (4) herrührenden Lichts aus dem Lichtleiter (3) zu mindestens 80% auf einer der Großflächen des Lichtleiters (3) durchgeführt wird,
so dass in der Betriebsart B2 das von der Bildwiedergabeeinheit (2) ausgehende Licht, auf welches Bildinformationen aufmoduliert sind, von Licht überlagert wird, welches der Lichtleiter (3) flächig über einen großen Winkelbereich abstrahlt, wodurch die Sichtbarkeit der auf der Bildwiedergabeeinheit (2) dargestellten Bildinformationen aus Betrachtungswinkeln α > Θ verringert oder sogar verhindert wird. Bildschirm (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Haze-Wert des Lichtleiters
(3) kleiner als 2% ist, und / oder der Winkel Θ 10°, 30°, 30°, 45° beträgt, und / oder der Faktor X > 2,5 ist.
Bildschirm (1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel Θ in Abhängigkeit von der eingestrahlten Lichtmenge vorgebbar ist.
4. Bildschirm (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelelemente (5) maximale Abmessungen von 100 μιτι , bevorzugt zwischen 1 μιη und 15 μιη aufweisen.
5. Bildschirm (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelelemente (5) aus Mikrolinsen und / oder Mikroprismen und / oder diffraktiven Strukturen und / oder Strukturelementen und / oder Streuelementen bestehen.
6. Bildschirm (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit innerhalb des Volumens des Lichtleiters (3) ausgebildeten Auskoppelelemente (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelelemente (5) als Hohlräume ausgebildet sind, welche bevorzugt die äußere Form von Mikrolinsen, Mikroprismen oder diffraktiven Strukturen aufweisen.
7. Bildschirm (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume mit einem gasförmigen, flüssigen oder einem festen Material ausgefüllt sind, wobei das Material einen Brechungsindex aufweist, welcher von dem des für den Lichtleiter (3) verwendeten Materials abweicht, bevorzugt geringer ist, oder dass die Hohlräume luftleer sind.
8. Bildschirm (1 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume mit einem gasförmigen, flüssigen oder einem festen Material ausgefüllt sind, wobei das Material einen Haze-Wert aufweist, welcher von dem des für den Lichtleiter (3) verwendeten Materials abweicht, bevorzugt höher ist.
9. Bildschirm (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (3) aus zwei miteinander an Grenzflächen verbundenen, vorzugsweise gleichartigen Substratschichten gebildet ist und die Hohlräume als Materialaussparungen an mindestens einer der Grenzflächen, bevorzugt die äußere Form von Mikrolinsen, Mikroprismen oder diffraktiven Strukturen aufweisend, ausgebildet sind.
10. Bildschirm (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelelemente (5) , wenn diese auf mindestens einer der Großflächen oder Grenzflächen des Lichtleiters (3) angebracht sind, aus einem mit einem Werkzeug, vorzugsweise mechanisch, lithographisch, drucktechnisch oder materialauftragend, materialabtragend, -um- wandelnd oder -auflösend, strukturierten Kunststoff gebildet sind.
1 1 . Bildschirm (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Lichtleiter (3) in Betrachtungsrichtung m indestens ein weiterer Lichtleiter angeordnet ist, und an jeweils einer der Großflächen und / oder im Volumen des Lichtleiters (3) und des weiteren Lichtlei- ters Auskoppelelemente (5) angeordnet oder ausgebildet sind, wobei Leuchtmittel (4) an einer Schmalseite des Lichtleiters (3) und an der dieser Schmalseite gegenüberliegenden Schmalseite des weiteren Lichtleiters angeordnet sind, und wobei durch die Auskoppelelemente (5) eine asymmetrische Licht-Abstrahlcharakteristik derart vorgegeben ist, dass das Licht jeweils aus derjenigen Großfläche des Lichtleiters (3) und des weiteren Lichtleiters, welche jeweils in Betrachtungsrichtung vorne liegt, in den in Einstrahlrichtung liegenden
Viertelraum abgestrahlt wird.
12. Bildschirm (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel (4) Licht in einer Farbe abstrahlen, welche im von der Bildwiedergabeinheit (2) dargestellten Bild nicht vorkommt.
13. Bildschirm (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel (4) Licht in einer Farbe abstrahlen, welche im von der Bildwiedergabeeinheit (2) dargestellten Bild vorkommt bzw. im Farbspektrum nahe an einer solchen Farbe liegt.
14. Bildschirm (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel (4) Licht in einer Farbe abstrahlen, die in etwa der Komplementärfarbe einer Farbe, welche im von der Bildwiedergabeeinheit (2) dargestellten Bild vorkommt, entspricht.
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