JP2024514976A - 自由視モードと制限視モードのための画面 - Google Patents

Abstract

本発明は、自由視モード用の動作モードＢ１と制限視モード用の動作モードＢ２との少なくとも２つの動作モードで動作できる画面（１ａ）であって、画像コンテンツを表示するために入射する光を変調し、自由視モード用の少なくとも１つの第１の動作モードＢ１と制限視モード用の第２の動作モードＢ２で動作できる透過型画像表示装置（１）と、観視者の観視方向で透過型画像表示装置（１）の後方に位置し、自由視モード用の動作モードＢ１と制限視モード用の動作モードＢ２との少なくとも２つの動作モードで動作できる照明装置（２ａ）と、ここで、照明装置（２ａ）は第１の動作モードＢ１では制限されない視野角範囲に光を放射し、第２の動作モードＢ２では制限された視野角範囲に光を放射し、並びに、少なくとも２つの動作モードＢ１及びＢ２を切り替えるための透過型画像表示装置（１）と照明装置（２ａ）に対する制御部と、を含む。【選択図】図４

Description

近年、液晶ディスプレイにおいて視野角の拡張が大きく進んだ。しかしながら、この画面の視範囲が非常に広いことが欠点となり得る状況もしばしばある。また、ノートブックやタブレットＰＣなどのモバイル端末で、銀行データやその他個人情報及び機密情報などの情報もますます利用できるようになっている。

したがってこれらの機密データを見ることができる人間を制限する必要がある。例えば休暇の写真を見るときや、宣伝目的のためにも、ディスプレイ上の情報を他人と共有するべく広い視野角を選択しなければならない。他方、画像情報を秘匿したい場合は、視野角を狭くする必要がある。

類似の問題は、自動車製造においてもある。運転者はエンジンがかかっている間はデジタルエンターテインメントプログラムなどの画像コンテンツに気を取られてはならないが、同乗者自身は運転中もそれらを楽しみたいと思う。そのため表示モードを適宜切り替えられる画面が必要になる。

既にモバイルディスプレイではその視覚的データ保護を達成するために、マイクロルーバーに基づく追加フィルムが使用された。しかしながらこれらのフィルムは（再）切替不能であり、常に最初に手で装着し、後で再び取り外す必要があった。また、それらは使わないときでもディスプレイと別に持ち運ばなければならない。更に、このようなルーバーフィルムの使用は、光損失という重大な欠点を伴う。

米国特許出願ＵＳ５９５６１０７Ａ号は、画面を複数のモードで動作させることができる切替可能な光源を開示している。ここでの欠点は、すべての光の出射が散乱に基づくため、低い効率と最適でない光方向効果しか得られないことである。特に、集光された光円錐の達成については、詳細に開示されていない。

中国特許出願ＣＮ１０７７３４１１８Ａ号には、２つのバックライトを用いて画面の視野角をコントロールできるように設計された画面が記載されている。両バックライトのうち上側のバックライトは、このために集光された光を発する。そのための構成として、特に不透明部と透明部を持つグリッドが挙げられている。しかしながらこの場合は、液晶パネルに向かって第１のバックライトを透過しなければならない第２のバックライトの光も集光されるため、本来広い視野角のために設けられているパブリックビューイングモードで視野角が著しく狭くなることが推測される。

米国特許出願ＵＳ２００７／０３０２４０Ａ１号には、バックライトから出る光の伝搬方向をコントロールするための光学素子が記載されている。この光学素子は、例えばＰＤＬＣの形態の液晶を必要とし、これは一方では高価であるが、他方ではＰＤＬＣ液晶は通常その回路に６０Ｖより高い電圧を必要とするので、特にエンドユーザー用途で安全上の懸念がある。

中国特許出願ＣＮ１９８７６０６Ａ号にも、２つのバックライトを用いて画面の視野角をコントロールできるように設計された画面が記載されている。ここでは特に「第１ライトプレート」が使用されており、このライトプレートは意図するように集光された光の出射を可能にするために楔形でなければならない。相応の角度条件で集光された光の出射を達成することに関する正確な詳細は開示されていない。

更に、米国特許出願ＵＳ２０１８／０２６７３４４Ａ１号には、２つの平坦な照明モジュールを有する構造が記載されている。ここでは、観視方向で後方に位置する照明モジュールの光は、別個の構造によって集光される。光は集光された後にも、散乱素子を有する前方の照明モジュールを通過しなければならない。したがって覗き見防止のための強い集光は最適に実施できない。

最後に、米国特許出願ＵＳ２００７／０００８４５６Ａ１号は、発光角度を少なくとも３つの領域に分割することを開示しており、そのうち２つの領域が通常光を当てられる。その結果、このように照明されたディスプレイが使用される覗き見防止画面は、一方向からのみではなく観視することができる。

本出願人の国際特許出願ＷＯ２０１５／１２１３９８Ａ１号には、冒頭に記載した種類の画面が記載されている。そこでは、モードを切り替えるために、対応する導光体の体積内に本質的に散乱粒子が存在する。しかしながら、そこで選択された重合体からなる散乱粒子は、原則として光が両主要面から出射され、それにより有効な光の約半分が誤った方向に、即ちバックライトに向かって放射され、そこでは構造により十分にリサイクルできないという欠点を有する。その上、導光体の体積内に分布する重合体からなる散乱粒子は、特定の状況で、特に高濃度では散乱効果を招き、保護されたモードでの覗き見防止効果を低下させる可能性がある。

米国特許出願ＵＳ２０２０／０１２１２９Ａ１号は、狭視野モードと広視野モードを切り替えるための２つの導光体を記載した、照明装置と画面を開示している。一方では、導光体の１つはファイバーで形成されている。他方では、導光体の散乱出射構造は投影方向で特定のストライプに局限される。このことは、均質な画像照明には不利であり、通常、例えばその上にある液晶パネルのピクセル列若しくはピクセル行との相互作用により、構造に望ましくないモアレ効果を引き起こす。

上述した方法及び配置に原則として共通している欠点は、基本画面の明るさを著しく低下させ、及び／又はモード切替のために能動的な、しかし少なくとも１つの特別な光学素子を必要とし、及び／又は複雑で高価な製造を要求し、及び／又は自由に観視できるモードでの解像度を低下させることである。

したがって本発明の課題は、選択的に制限された視野角によって情報の安全な表示を実現でき、別のモードでは可能な限り視野角が制限されない自由視が可能である画面を記載することである。両方のモードで可能な限り高い解像度、特に好適には使用する画面のネイティブ解像度を見ることができる。更に、制限された視野角は、使用される照明装置に対する要求を増大させることなく、可能な限り広範囲の覗き見防止効果を達成する。

本発明によれば、この課題は、自由視モード用の動作モードＢ１と制限視モード用の動作モードＢ２との少なくとも２つの動作モードで動作できる画面によって解決される。このような画面は透過型画像表示装置を含んでおり、この画像表示装置はこれに入射する光を変調して画像コンテンツを表示し、自由視モード用の第１の動作モードＢ１と制限視モード用の第２の動作モードＢ２で動作できる。この場合、画像表示装置は液晶パネルである。

観視者が画面を見る観視方向で透過型画像表示装置の後方に照明装置が配置されている。この照明装置は、自由視モード用の少なくとも２つの動作モードＢ１及び制限視モード用の少なくとも２つの動作モードＢ２で動作可能である。照明装置は、第１の動作モードＢ１では制限されない視野角範囲に光を放射し、第２の動作モードＢ２ではこれに対して制限された視野角範囲に光を放射する。

画像表示装置は２通りの設計が可能である。第１の代替案では、画像表示装置は、２つの液晶層を有する液晶パネルを含み、それらのうちの一方の液晶層は、画像コンテンツの表示を可能にするために光を変調するように働き、それらのうちの他方の液晶層は、自由視モード用の第１の動作モードＢ１では視野角範囲を広く切り替え、制限視モード用の第２の動作モードＢ２では視野角範囲を制限するように働く。相応の構成は、好適にはモジュールとして形成されており、更に後部液晶層の後、２つの液晶層の間、及び前部液晶層の前にそれぞれ１つの偏光フィルターを含んでいる。

視野角範囲を自由視モード用の第１の動作モードＢ１では広く切り替え、制限視モード用の第２の動作モードＢ２では制限するように働く液晶層が、観視者の観視方向で他の液晶層の前方に位置し、両動作モードＢ１及びＢ２に対してそれぞれ異なる偏光によって視野角範囲を切り替えることが考えられる。それにより既に色変調及び画像変調されている光は、視野角範囲を決定するために偏光エンコードされて、動作モードＢ２では斜めの観視方向から分析器として機能する前部偏光フィルターで少なくとも９０％、好適には９７％以上消光されるが、垂直観視では消光されない。動作モードＢ１に対しては、適宜他の偏光特性が変調されて、光は実質的にすべての入射方向から分析器を通過できるようになる。

第２の代替案において、画像表示装置は、２つの選択可能な画像コンテンツを同時に異なる視野角範囲に表示するデュアルビュー液晶パネルを含んでおり、自由視モード用の第１の動作モードＢ１では両画像コンテンツは同一であるか異なっており、制限視モード用の第２の動作モードＢ２では少なくとも一方の画像コンテンツは恒久的に黒色又は単色であって、対応する視野角範囲からは黒色又は情報のない単色の画像しか見えないようになってる。この文脈では、白色の画像も単色の画像と見なされる。従来技術で知られているデュアルビュー液晶パネルは、例えばバリア画面、レンチキュラー又はプリズムルーバを含み、選択されたピクセル群をそれぞれ他の視野角範囲に表示する。これらのピクセル群に負荷することにより、どのピクセルが、したがってどの画像コンテンツが、どの視野角範囲から知覚され得るかを決定することが可能である。

更に、画面は、少なくとも２つの動作モードＢ１及びＢ２を切り替えるための透過型画像表示装置と照明装置に対する制御部を含んでいる。この少なくとも２つの動作モードＢ１及びＢ２を切り替えるための透過型画像表示装置と照明装置に対する制御部は、好適には電子装置を含んでいる。電子装置は好適には、必ずしも必要ではないが、画像表示装置と照明装置２ａについてそれぞれ両動作モードＢ１及びＢ２を同期して切り替える。

照明装置は、面状バックライトと、観視方向でバックライトの前方に配置され、幅狭側を介して結合された２つの対向する主要面を有するプレート状の導光体とを含んでおり、この導光体は少なくとも１つの主要面上及び／又はその体積内に出射素子を有する。導光体の幅狭側に横方向に光源が配置されている。

出射素子は、その形状、単位面積当たりの数、及び延長において、各出射素子はそれぞれその水平方向及び垂直方向の寸法が、画像表示装置の最小ピクセルの幅と高さの最小値よりも小さくなるように選択されている。ピクセルは一般的にはカラーサブピクセルであろうが、モノクロピクセルであってもよい。好適には出射素子は更に、その形状、単位面積当たりの数、及び延長において、導光体の面法線に平行な投影方向で画像表示装置の最小ピクセルの少なくとも１つのサブセットに対してそれぞれ少なくとも２つの出射素子の部分又は全表面が、画像表示装置のこのサブセットの各最小ピクセルの下に配置されるように選択されている。サブセットは、特に全ての最小ピクセルを含むこともできる。

第１の代替案において、バックライトは制限された角度範囲に光を放射する。この場合、導光体は、バックライトから出る光に対して少なくとも５０％透明である。第２の動作モードＢ２では、バックライトはオンで、光源はオフであり、第１の動作モードＢ１では、少なくとも光源がオンである。

これに対して第２の代替案では、導光体は、その幅狭側の少なくとも１つに横方向に入射した光を制限された角度範囲に放射する。この場合、導光体は、バックライトから出る光に対して少なくとも３０％透明である。第１の代替案とは異なり、ここでは第２の動作モードＢ２で光源はオンであり、バックライトはオフであるが、第１の動作モードＢ１では少なくともバックライトはオンである。

いずれの代替案においても、視野角範囲と制限された角度範囲は少なくとも５０％、好適には少なくとも７５％、特に好適には少なくとも８５％オーバーラップする。オーバーラップが大きいほど覗き見防止が向上し、輝度曲線は現実には通常ステップ状の挙動を示さず、むしろベルカーブに似た連続的な経過を示す。

両動作モードＢ１及びＢ２を実装するためのこれらの方策を組み合わせる際の特別の利点は、画像表示装置においても照明装置においても、第２の動作モードＢ２に対して特に視野角範囲を制限する効果が互いに補完し合うので、この制限された観視モードにおいて覗き見防止が特に強い効果を発揮することである。このためには、第２の動作モードＢ２に対して画像表示装置と照明装置のそれぞれの視野角範囲が強くオーバーラップするか又は同一であると有利である。

好ましくは、照明装置は第２の動作モードＢ２で定義可能な制限された視野角範囲に光を放射して、画面と交差する選択可能な平面で測定されるこの制限された視野角範囲の外部では、制限された視野角範囲の内部に存在する最高輝度のせいぜい５０％、好適にはせいぜい２０％、特に好適にはせいぜい１０％が最大輝度値として存在する。測定値を定義するためのこのような平面は、有利には、例えば画面の中心垂線を含み、最大７度の公差で画面の下端縁に平行に位置することができる。

「広い」視野角範囲として考慮されるのは、上記の平面で測定して、例えば約－６０°～＋６０°又は約－６０°～＋３０°となる角度範囲であり、一般性を制限することなく、０°の角度は中心垂線と一致することが望ましい。「制限された」視野角範囲は、例えば約－３０°～＋３０°又は約－２０°～＋３０°（非対称も可能）、又は約－１０°～＋５０°であろう。原則として画面の前の半空間より小さい範囲は、すべて制限された視野角範囲とみなすことができる。

更に、上記の限定された視野角範囲が、バックライトの面法線を中心として非対称に形成されていることが用途によっては有利である。非対称に形成することは、好適には選択可能な優先方向で行われる。これは、特に車両用途において、例えば本発明による画面が、運転者と同乗者の間のほぼ中央のダッシュボードにいわゆるセンター情報ディスプレイとして配置される場合に非常に有用である。この場合、動作モードＢ２で専ら同乗者に対して許される制限された視野角範囲は非対称に、即ち同乗者に向けて設計されなければならない。非対称性が形成される優先方向は、ここでは水平方向に相当する。

更に、画像表示装置と導光体との間に少なくとも１つの光学部品、好適には拡散板（これは等方性又は異方性を有することができる）及び／又はプリズムフィルム（これも等方性又は異方性効果を有することができる）が配置されていると有利であろう。

更に、少なくとも１つの主要面上及び／又は導光体の体積内における出射素子の分布は、光源から導光体内に入射されて導光体から出射素子によって出射される光が以下の条件を満たすように設定されていることが考えられる。即ち、１）主要面の１つで主要面の面法線に対して－５０°～＋５０°の角度範囲の間で放射される光量の少なくとも５０％が、互いに及び面法線に対して垂直な１つ又は２つの設定された優先方向に対して－２０°～＋２０°の角度範囲の間で放射され、及び／又は主要面の１つで主要面の面法線に対して－５０°～＋５０°の角度範囲の間で放射される光量の少なくとも７０％が、１つ又は２つの優先方向に対して－３０°～＋３０°の角度範囲の間で放射されること、及び２）導光体から出射される光量の少なくとも５０％は、バックライトから離れる方向又はバックライトに向かう方向に出射されること。

照明装置は、追加的に構造内の適切な位置にコリメートフィルム、例えばプレート状の導光体の上方又は下方にレンチキュラー又はプリズムルーバを含むことができる。

導光体は、好ましくは透明な熱可塑性又は熱弾性ポリマー、例えばプラスチック又はガラスからなる。例えば導光体若しくはその基板は、その重量を基準として少なくとも４０重量％、好適には少なくとも６０重量％のポリメチルメタクリレートを含むことができる。代替的に、これは例えばポリカーボネート（ＰＣ）であってもよい。

導光体を製造する際に、出射素子は、光の出射のための適応可能、且つ設定可能な条件に従い、様々な方法で導光体内又は導光体上に分布させることができる。出射素子は、導光体の体積内及び／又は表面上の局所的に限定された構造変化である。それゆえ導光体の表面に取り付けられる追加の光学層、即ち例えば拡散層、反射層、（二重）輝度上昇層、コリメート層、又は偏光リサイクル総（（二重）輝度上昇フィルム－（Ｄ）ＢＥＦ）、又は反射型偏光板は、明確に「出射素子」という用語には含まれない。「出射素子」の用語に該当しないこれらの追加的な層は、導光体と結合されたとしても縁部でしか結合されず、主要面の領域ではたいてい導光体に固定せずに載っているだけで、導光体と物理的な統一体を形成することはない。これに対して、主要面に塗布されて化学反応やその他の力（例えばファンデルワールス力）によって導光体と結合するラッカーは物理的な統一体を形成し、もはや互いに分離できない。それゆえこのようなラッカーは上記の意味での追加的な層には数えられない。

出射素子の構造はあらかじめ設定できるため、各出射素子の効果は少なくともほぼ知られており、出射素子の設定可能な分布によって導光体若しくは導光体から出る光の特性を的確に決定することができる。

単位面積当たりの数、形状、３次元の向き及び延長、並びに少なくとも１つの主要面の上及び／又は導光体の体積内における分布に関して要求される本発明に本質的な出射素子の特性は、例えばシノプシス社の「ライトツール」、又は他の供給者ーから出ている光学シミュレーションソフトウェアを用いて決定し、次いで相応に物理的に実装できる。

有利には、導光体の少なくとも１つの主要面上及び／又は体積内における出射素子の分布は、出射した光が導光体の表面の少なくとも７０％において７０％の輝度均質性を達成するように設定されている。この目的のために、輝度均質性は、Ｌ_Ｖ ^ｍｉｎ／Ｌ_Ｖ ^ｍａｘとして、即ちある面の輝度の最大値に対する最小値の比として定義することができる。輝度均質性を測定するために適用可能な他の基準は、「ドイツ自動車ＯＥＭ作業部会ディスプレイ」による「ディスプレイの均一性測定基準Ｖ１．３」に定義されている。出射素子を両主要面上に、及び／又は追加的に任意選択で体積内に設けることが可能である。

導光体の少なくとも１つの主要面で光を出射するための出射要素は、好適には、最大５０マイクロメートルの延長を有するマイクロレンズ及び／又はマイクロプリズム及び／又は回折構造及び／又は３次元構造要素及び／又は散乱要素からなる。回折構造の場合、これは、例えばホログラム若しくは格子／回折格子であることができる。

しかしまた出射素子自体は、マイクロレンズ、マイクロプリズム、散乱要素、及び／又は回折構造の外形のみを有することもできる。その場合、これらは特に導光体の体積内に形成されたキャビティとして設計することができる。キャビティは空であることができるが、好適には気体、液体又は固体材料で充填されている。この材料は、導光体に使用される材料の屈折率とは異なる屈折率を有しており、好適にはより小さい。材料を充填することにより、また材料を選択することによって、光の伝導や出射に影響を与えることができる。代替的又は補完的に、材料のヘイズ値も好適には導光体に使用される材料のヘイズ値とは異なっており、より高い。これらの設計の利点は、光の出射効率が高いことである。

代替的に、且つ技術的により簡単に、導光体が２つの基板層を接合して形成される場合にもキャビティを形成することができ、これらの基板層は好適には同種のものである。接合は化学的、物理的、又は接着によって行うことができる。キャビティは、基板層の少なくとも一方の界面に材料の切欠きとして形成されている。

出射素子が導光体の少なくとも１つの主要面に取り付けられる場合、これらの出射素子は有利には工具によって構造が刻印されたプラスチック又はガラスから形成される。これは、例えば大量生産において、ラッカー、モノマーなどのＵＶ硬化材料を導光体の基板に塗布することによって可能であり、基板が工具によって構造化され、ＵＶ放射線によって硬化され、例えば重合される。放射線によって硬化する他の材料も使用できる。出射素子を実現するための切欠きの形成は、例えば機械的に、リソグラフィ又は印刷によって、或いは材料の塗布、変換、除去、又は溶解によっても実現することができる。

このようにして、例えば格子構造、マイクロプリズム（表面で凸状に外側に向いたプラスチック成分、及び／又は構造化されたプラスチックの表面層内の凹状の刻印若しくは切欠き）、他の形状の３次元構造要素、或いはマイクロレンズも、コスト効率が良く大量生産に適した形で実現することができる。凹状に形成された構造も凸状に形成された構造も等しく使用できる。

バックライトは、例えば面発光体、好ましくは横方向又は背面に他の光源を配置した別の導光体、並びに面発光体内に組み込まれ及び／又はその前方に配置された少なくとも１つの光コリメータ、例えば少なくとも１つのプリズムフィルム及び／又は少なくとも１つのプライバシーフィルター（ラメラフィルター）からなる。したがってバックライトは、基本的にＬＥＤバックライトのように、例えばいわゆる直下型ＬＥＤバックライト、エッジ型ＬＥＤバックライト、ＯＬＥＤ、又はその他の面発光体として構成することができ、それらの上に例えば少なくとも１つの恒久的なプライバシーフィルター（マイクロラメラ付き）が塗布されている。

本発明の利点は、バックライトに対する要求が従来技術に比べて一般的に低減されることである。即ち、画像表示装置と（バックライトが組み込まれている）照明装置の観視制限効果を組み合わせることにより、従来技術のように１００：１以上のプライバシーコントラストを達成する必要はない。むしろ、バックライトの１０：１の値でも、動作モードＢ２で画像表示装置の覗き見防止効果を大幅に改善するのに極めて有用である。動作モードＢ２での画像表示装置の角度－４０度における最大輝度の例えば０．５％の残留光は、照明装置が角度－４０度で最大輝度の１０％（達成するのがより困難な１％の値ではなく）放射するだけで０．０５％まで減少しよう。

画面の上側及び／又は導光体の少なくとも１つの主要面、及びまた少なくとも１つのプライバシーフィルター（ある場合）に、反射の低減又は制御のための手段、例えば反射防止コーティングを配置することができる。

特に有利には、本発明による画面は、車両において画像コンテンツを選択的に動作モードＢ２では同乗者のみに表示し、動作モードＢ１では運転者と同乗者に同時に表示するために使用される。前者は、例えば同乗者が運転者の注意をそらす可能性のある娯楽コンテンツを見る場合に有用である。

本発明による画面は、ＡＴＭ、決済端末、モバイル機器などで、例えばＰＩＮ暗証番号、電子メール、ＳＭＳ、パスワードなどの機密データを入力又は表示するためにも使用できる。

前述のすべての実施形態において、上記の光源はＬＥＤ又はＬＥＤライン又はレーザーダイオードであることができる。これ以外の変形例も考えられ、本発明の範囲内である。

更に、制限視モードＢ２に対する所望の制限された角度範囲は、それぞれ水平方向と垂直方向について互いに独立に定義して実装することができる。例えばＡＴＭで身長が異なる人々が１つの画像を見ることになる場合、水平方向よりも垂直方向の角度が大きい（又は場合によっては全く制限がない）が、側方観視は強く又は完全に制限されていることが有意味であろう。これに対し、ＰＯＳ決済端末の場合は、セキュリティ規定に基づき、モードＢ２での制限視は水平方向と垂直方向の両方で必要な場合が多い。

原理的には、上述したパラメータを一定の範囲内で変化させても、本発明の性能は維持される。

上記の特徴及び以下に説明する特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、記載された組み合わせだけでなく、他の組み合わせでも、又は単独でも使用できることは自明である

以下に、本発明を、同様に本発明の本質的な特徴を開示している添付の図面を参照しながら実施例によって詳細に説明する。これらの実施例は、単に具体的に説明するためのものであり、発明を制限するものと解釈されてはならない。例えば多数の要素又は部材を有する実施例の説明は、これらすべての要素又は部材が実装に必要であると解釈されるべきではない。むしろ、他の実施例は代替的な要素や部材、より少ない要素や部材、又は追加の要素や部材を含むことができる。異なる実施例の要素又は部材は、特に断りのない限り、互いに組み合わせることができる。ある実施例について説明された修正及び変形は、他の実施例にも適用可能である。重複を避けるために、異なる図中の同一の又は対応する要素には同一の参照符号を付し、繰り返し説明しない。

図１は、導光体に横方向に入射する光を、出射素子が配置されている導光体の下部主要面から出射するための原理図であり、光は上部主要面で導光体から出る。

図２は、導光体に横方向に入射する光を、出射素子が配置されている導光体の上部主要面から出射するための原理図であり、光は上部主要面で導光体から出る。

図３は、自由視モードに対する動作モードＢ１での第１の実施形態の画面の原理図である。

図４は、制限視モード用の第２の動作モードＢ２での第１の実施形態の画面の原理図である、

図５は、出射素子の例示的な形状の原理図である。

図６は、自由視モード用の第１の動作モードＢ１での第２の実施形態の画面の原理図である。

図７は、制限視モード用の第２の動作モードＢ２での第２の実施形態の画面の原理図である。

図１には、光源４から導光体３に横方向に入射した光を、出射素子６が配置されている導光体３の下部主要面から出射するための原理図が示されている。しかしながら、出射された光は、上部主要面で導光体３を離れる。ここでは水平方向で光は導光体３の上部主要面から広い角度（６０°以上）で出射される。出射素子６の位置は番号６で示されているが、実際の出射素子６は顕微鏡的に小さくなければならないため、ここでは記入されていない。したがって光は光源４、例えばＬＥＤから導光体３に横方向に入射する。入射した光の光線（太字で示された光線）は、全反射により外壁で導光体３内にはね返され、最終的に（場合によっては繰り返し）出力素子６に当たって所望の出射が得られる。出射は細い光線で略示されている。図１の表現は、認識しやすくするために著しく簡略化されているが、実際には非常に多数の光線経路が導光体３内に実現される。また、屈折率遷移面における屈折は考慮されていない。

図２は、光源４から導光体３に横方向に入射した光を、出射素子６が配置されている導光体３の上部主要面から出射するための原理図を示している。ここでも光は上部主要面を通って導光体３を離れる。ここでは図１に関する説明を準用する。ここで技術的に異なるのは、出射素子６の位置と、場合によってはその構成だけであり、このとき出射素子６は導光体３の上側に位置しており、そのため光は直接上方に出射する。出射した光は、図１の状況とは異なり、導光体３を再度透過する必要はない。

以下の図３、図４、図６、及び図７は断面図である。

図３は、自由視モード用の第１の動作モードＢ１での第１の実施形態の画面１ａの原理図を示し、図４は、制限視モード用の第２の動作モードＢ２での第１の実施形態の画面の原理図を示している。自由視モード用の第１の動作モードＢ１と制限視モード用の第２の動作モードＢ２の少なくとも２つの動作モードで動作できる表示画面１ａは、まず、入射する光を変調して画像コンテンツを表示する透過型の画像表示装置１を含んでおり、これは自由視モード用の第１の動作モードＢ１と制限視モード用の第２の動作モードＢ２の少なくとも２つの動作モードで動作できる。画像表示装置１は液晶パネルである。観視者の観視方向で透過型画像表示装置１の後方に照明装置２ａがあり、これは自由視モード用の第１の動作モードＢ１と制限視モード用の第２の動作モードＢ２の少なくとも２つの動作モードで動作できる。照明装置２ａは、第１の動作モードＢ１では制限されない視野角範囲に光を放射し、第２の動作モードＢ２ではこれに対して制限された視野角範囲に光を放射する。更に、画面１ａは、図３に例示的に示すような動作モードＢ１と、図４に例示的に示すような動作モードＢ２との少なくとも２つの動作モードの間を切り替えるために、透過型画像表示装置１と照明装置２ａのための制御部も含んでいる。

ここに示す第１の実施形態において、照明装置２ａは、制限された角度範囲に光を放射する面状に延びるバックライト２と、観察方向でバックライトの前方に位置して少なくとも１つ主要面上及び／又はその体積内に出射素子６を有するプレート状の導光体３とを含んでいる。導光体３は、バックライト２から出る光に対して少なくとも５０％透明である。更に、導光体の幅狭側に横方向に光源が配置されている。動作モードＢ２ではバックライトはオンで、光源がオフであるのに対し、動作モードＢ１では少なくとも光源はオンになっている。

図３には、照明装置２ａからの光（細い矢印）が画像表示装置１を全方向に通過することが太い矢印で示されている。逆に、図４で太い矢印は、画像表示装置１が制限された視野角範囲にしか光を透過させないことを示している（破線の太い矢印は、そこでは光が透過しないか、最大でも１０％しか透過しないことを意味する）。同時にまた、照明装置２ａからは、視野角範囲が制限された光のみが画像表示装置１に到達する。

動作モードＢ１及びＢ２を実装するためのこれらの方策を組み合わせる際の特別の利点は、画像表示装置においても照明装置においても、第２の動作モードＢ２に対して特に視野角範囲を制限する効果が互いに補完し合うので、この制限された観視モードにおいて覗き見防止が特に強い効果を発揮することである。このためには、第２の動作モードＢ２に対して画像表示装置と照明装置のそれぞれの視野角範囲が強くオーバーラップするか又は同一であると有利である。

少なくとも２つの動作モードＢ１及びＢ２を切り替えるための透過型画像表示装置１と照明装置２ａに対する（図示されない）制御部は、好適には電子装置を含んでいる。電子装置は好適には、必ずしも必要ではないが、画像表示装置１と照明装置２ａの両方についてそれぞれ２つの動作モードＢ１及びＢ２を同期して切り替える。

画像表示装置１は、第１の代替案において、２つの液晶層を有する液晶パネルを含み、それらのうちの一方の液晶層は、画像コンテンツの表示を可能にするために光を変調するように働き、それらのうちの他方の液晶層は、自由視モード用の第１の動作モードＢ１では視野角範囲を広く切り替え、制限視モード用の第２の動作モードＢ２では視野角範囲を制限するように働く。相応の構成は、好適にはモジュールとして形成されており、更に後部液晶層の後、２つの液晶層の間、及び前部液晶層の前にそれぞれ１つの偏光フィルターを含んでいる。

第２の代替案において、画像表示装置１は、２つの選択可能な画像コンテンツを同時に異なる視野角範囲に表示するデュアルビュー液晶パネルを含み、自由視モード用の第１の動作モードＢ１では両画像コンテンツは同一であるか異なっており、制限視モード用の第２の動作モードＢ２では少なくとも一方の画像コンテンツは恒久的に黒色又は単色（白色も含む）であって、対応する視野角範囲からは黒色又は情報のない単色の画像しか見えないようになっている。

自由視モード用の第１の動作モードＢ１と制限視モード用の第２の動作モードＢ２で視野角範囲を切り替える働きをする液晶層が、観視者の観視方向で他の液晶層の前に位置し、両動作モードＢ１及びＢ２に対して異なる偏光によって視野角範囲を切り替えることが考えられる。それにより既に色変調及び画像変調されている光は、視野角範囲を決定するために偏光エンコードされて、動作モードＢ２では斜めの観視方向から（分析器として機能する）前部偏光フィルターで少なくとも９０％、好適には９７％以上消光されるが、垂直観視では消光されない。動作モードＢ１に対しては、適宜他の偏光特性が変調されて、光は実質的にすべての入射方向から分析器を通過できるようになる。

好ましくは、照明装置２ａは第２の動作モードＢ２で定義可能な制限された視野角範囲に光を放射して、画面１ａと交差する選択可能な平面で測定されるこの制限された視野角範囲の外部では、制限された視野角範囲の内部に存在する最高輝度のせいぜい５０％、好適にはせいぜい２０％、特に好適にはせいぜい１０％が最大輝度値として存在する。測定値を定義するためのこのような平面は、有利には、例えば画面の中心垂線を含み、最大７度の公差で画面１ａの下端縁に平行に位置することができる。

「広い」視野角範囲として考慮されるのは、上記の平面で測定して、例えば約－６０°～＋６０°又は約－６０°～＋３０°となる角度範囲であり、一般性を制限することなく、０°の角度は中心垂線と一致することが望ましい。「制限された」視野角範囲は、例えば約－３０°～＋３０°又は約－２０°～＋３０°（非対称も可能）、又は約－１０°～＋５０°であろう。

導光体３の少なくとも１つの主要面で光を出射するための出射素子６は、好適には、最大寸法で最大１００マイクロメートル、好適には最大５０マイクロメートルの延長を有するマイクロレンズ及び／又はマイクロプリズム及び／又は回折構造及び／又は３次元構造要素及び／又は散乱要素からなるる。回折構造の場合、これは、例えば、ホログラム若しくは格子／回折格子であることができる。

これに関して図５は、ここではマイクロプリズムの形態の出射素子６の例示的形態の原理図を示す。このタイプの出射素子は、導光体３の一方又は両方の主要面上及び／又は体積内、例えば空気で満たされた凹部として、均一又は好適には不均一に（即ち、例えば、例外を除いて、光源４からの距離が遠くなるにつれて面積当たりの数が多くなるように）分布させることができる。他の形態の出射素子６も言うまでもなく可能である。

出射素子は、その形状、単位面積当たりの数、及び延長において、各出射素子はそれぞれその水平方向及び垂直方向の寸法が、画像表示装置の最小ピクセルの幅と高さの最小値よりも小さくなるように選択されている。ピクセルは一般的にはカラーサブピクセルであろうが、モノクロピクセルであってもよい。好適には出射素子は更に、その形状、単位面積当たりの数、及び延長において、導光体の面法線に平行な投影方向で画像表示装置１の最小ピクセルの少なくとも１つのサブセットに対してそれぞれ少なくとも２つの出射素子の部分又は全表面が、画像表示装置のこのサブセットの各最小ピクセルの下に配置されるように選択されている。サブセットは、特に全ての最小ピクセルを含むこともできる。

更に、図６は、自由視モード用の第１の動作モードＢでの第２の実施形態の画面１ａの原理図を示し、図７は、制限視モード用の第２の動作モードＢ２での画面１ａの原理図を示す。この実施形態は、図３及び図４に示す実施形態の代替例である。図６及び図７に示す画面１の照明装置２ａは、少なくとも１つの面状に延びるバックライト２と、観視方向でこのバックライト２の前方に位置するプレート状の導光体３とを含んでおり、この導光体３は、少なくとも１つの主要面上及び／又はその体積内に出射素子６を有する。ここで、導光体３はバックライト２から出る光に対して少なくとも３０％透明であり、導光体３は、その幅狭側の少なくとも１つに横方向に入射した光を制限された角度範囲に放射する。更に、導光体３の幅狭側に横方向に光源４が配置されている。図６による制限された視野モード用の第１の動作モードＢ１では、少なくともバックライト２がオンであるのに対し、図７による制限されない視野モード用の第２の動作モードＢ２では、光源４がオンで、バックライト２がオフである。

図６では、照明装置２ａからの光（細い矢印）が画像表示装置１を全方向に通過することが、太い矢印で示されている。逆に、図７で太い矢印は、画像表示装置１が制限された視野角範囲にしか光を透過させないことを示している（破線の太い矢印は、そこでは光が透過しないか、最大でも１０％しか透過しないことを意味する）。同時にまた、照明装置２ａからは、視野角範囲が制限された光のみ画像表示装置１に到達する。

照明装置２ａは、更に、構造内の適切な位置、例えば、プレート状の導光体３の上方又は下方のレンチキュラー又はプリズムルーバにコリメートフィルムを含むことができる。

導光体３は、好ましくは透明な熱可塑性又は熱弾性ポリマー、例えばプラスチック又はガラスからなる。例えば導光体若しくはその基板は、その重量を基準として少なくとも４０重量％、好適には少なくとも６０重量％のポリメチルメタクリレートを含むことができる。代替的に、これは例えばポリカーボネート（ＰＣ）であってもよい。

導光体３を製造する際に、出射素子６は、光の出射のための適応可能、且つ設定可能な条件に従い、様々な方法で導光体内又は導光体上に分布させることができる。出射素子６は、導光体の体積内及び／又は表面上の局所的に限定された構造変化である。それゆえ導光体３の表面に取り付けられる追加の光学層、即ち例えば拡散層、反射層、（二重）輝度上昇層、コリメート層、又は偏光リサイクル層（（二重）輝度上昇フィルム－（Ｄ）ＢＥＦ）、又は反射型偏光板は、明確に「出射素子６」という用語には含まれない。「出射素子」６の用語に該当しないこれらの追加的な層は、導光体３と結合されたおとしても縁部でしか結合されず、主要面の領域ではたいてい導光体に固定せずに載っているだけで、導光体３と物理的な統一体を形成しない。これに対し、主要面に塗布されて化学反応やその他の力（例えばファンデルワールス力）によって導光体３と結合するラッカーは、物理的な統一体を形成し、もはや互いに分離することができない。それゆえこのようなラッカーは上記の意味での追加的な層には数えられない。

出射素子６の構造はあらかじめ設定できるため、各出射素子６の効果は少なくともほぼ知られており、出射素子６の設定可能な分布によって導光体３若しくは導光体３から出る光の特性を的確に決定することができる。単位面積当たりの数、形状、３次元の向き及び延長、並びに少なくとも１つの主要面の上及び／又は導光体３の体積内における分布に関して要求される本発明に本質的な出射素子６の特性は、例えばシノプシス社の「ライトツール」、又は他の供給者ーから出ている光学シミュレーションソフトウェアを用いて決定し、次いで相応に物理的に実装できる。出射素子６を、両主要面及び／又は任意選択で追加的に導光体３の体積内に設けることが可能である。

バックライト２は、例えば面発光体、好ましくは横方向又は背面に他の光源を配置した別の導光体、並びに面発光体内に組み込まれ及び／又はその前方に配置された少なくとも１つの光コリメータ、例えば少なくとも１つのプリズムフィルム及び／又は少なくとも１つのプライバシーフィルター（ラメラフィルター）からなる。したがってバックライト２は、基本的にＬＥＤバックライトのように、例えばいわゆる直下型ＬＥＤバックライト、エッジ型ＬＥＤバックライト、ＯＬＥＤとして、又はその他の面発光体として構成することができ、それらの上に例えば少なくとも１つの恒久的なプライバシーフィルター（マイクロラメラ付き）が塗布されている。

上述した画面の利点の１つは、バックライト２に対する要求が従来技術に比べて一般的に低減されることである。即ち、画像表示装置１と（バックライト２が組み込まれている）照明装置２ａの観視制限効果を組み合わせることにより、従来技術のように１００：１以上のプライバシーコントラストを達成する必要はない。むしろ、バックライト２の１０：１の値でも、動作モードＢ２で画像表示装置１の覗き見防止効果を大幅に改善するのに極めて有用である。動作モードＢ２での画像表示装置１の角度－４０度における最大輝度の例えば０．５％の残留光は、照明装置が角度－４０度において最大輝度の１０％（達成するのがより困難な値である１％ではない）を放射するだけで、０．０５％まで減少しよう。

特に有利には、画面は、車両において画像コンテンツを選択的に動作モードＢ２では同乗者のみに表示し、若しくは動作モードＢ１では運転者と同乗者に同時に表示するために使用される。前者は、例えば同乗者が運転者の注意をそらす可能性のある娯楽コンテンツを見る場合に有用である。上述したような画面は、ＡＴＭ、決済端末、モバイル機器などで、ＰＩＮ暗証番号、電子メール、ＳＭＳ、パスワードなどの機密データを入力又は表示するためにも使用できる。

前述のすべての実施形態において、上記の光源４は、ＬＥＤ又はＬＥＤライン又はレーザーダイオードであることができる。これ以外の変形例も考えられ、本発明の範囲内である。

上述した照明装置と、それと共に実装可能な画面は、設定された課題を解決する。即ち、選択的に制限された視野角を用いて情報の安全な表示を実現できる画面が説明されたが、別の動作モードでは、できるだけ視野角が制限されない自由視が可能である。両動作モードでも、可能な限り高い解像度、即ち使用する画面のネイティブ解像度を見ることができる。更に、視野角が制限されることにより、使用する照明装置に対する要求が増大することなく、広範な覗き見防止効果が達成される。

上述した画面は、例えばＡＴＭや決済端末でのＰＩＮ入力やデータ表示、パスワード入力、又は携帯端末での電子メール閲覧など、機密データが表示及び／又は入力され所ではどこでも有利に使用することができる。この画面は、上述したように、乗用車にも応用できる。

１ 画像表示装置
１ａ 画面
２ バックライト
２ａ 照明装置
３ 導光体
４ 光源
６ 出射素子

Claims (8)

1. 自由視モード用の動作モードＢ１と制限視モード用の動作モードＢ２との少なくとも２つの動作モードで動作できる画面（１ａ）であって、
   画像コンテンツを表示するために入射する光を変調し、自由視モード用の第１の動作モードＢ１と制限視モード用の第２の動作モードＢ２で動作できる透過型画像表示装置（１）を含み、ここで、画像表示装置（１）は液晶パネルであり、
   観視者の観視方向で透過型画像表示装置（１）の後方に位置し、自由視モード用の動作モードＢ１と制限視モード用の動作モードＢ２との少なくとも２つの動作モードで動作できる照明装置（２ａ）を含み、ここで、照明装置（２ａ）は第１の動作モードＢ１では制限されない視野角範囲に光を放射し、第２の動作モードＢ２ではこれに対して制限された視野角範囲に光を放射し、
   ここで、前記画像表示装置は
   ・第１の代替案において、２つの液晶層を有する液晶パネルを含み、それらのうちの一方の液晶層は、画像コンテンツの表示を可能にするために光を変調するように働き、それらのうちの他方の液晶層は、自由視モード用の第１の動作モードＢ１では視野角範囲を広く切り替え、制限視モード用の第２の動作モードＢ２では視野角範囲を制限するように働き、
   ・或いは、第２の代替案において、２つの選択可能な画像コンテンツを同時に異なる視野角範囲に表示するデュアルビュー液晶パネルを含み、自由視モード用の第１の動作モードＢ１では両画像コンテンツは同一であるか異なっており、制限視モード用の第２の動作モードＢ２では少なくとも一方の画像コンテンツは恒久的に黒色又は単色であって、対応する視野角範囲からは黒色又は情報のない単色の画像しか見えないようになっており、
   並びに、少なくとも２つの動作モードＢ１及びＢ２を切り替えるための透過型画像表示装置（１）と照明装置（２ａ）に対する制御部を含み、
   ここで、前記照明装置は
   ・面状バックライト（２）と、
   ・観視方向でバックライト（２）の前方に配置され、幅狭側を介して結合された２つの対向する主要面を有するプレート状の導光体（３）であって、少なくとも１つの主要面上及び／又はその体積内に出射素子（６）を有する導光体（３）と、
   ・導光体（３）の幅狭側に横方向に配置された光源（４）と、を含んでおり、
   ここで、前記出射素子（６）は、その形状、単位面積当たりの数、及び延長において、各出射素子（６）はそれぞれその水平方向及び垂直方向の寸法が、画像表示装置（１）の最小ピクセルの幅と高さの最小値よりも小さくなるように選択されており、
   ここで、第１の代替案では
   ・バックライト（２）は制限された角度範囲に光を放射し、
   ・導光体（３）は、バックライト（２）から出る光に対して少なくとも５０％透明であり、
   ・第２の動作モードＢ２ではバックライト（２）はオンで、光源（４）はオフであり、第１の動作モードＢ１では少なくとも光源（４）がオンであり、
   ここで、第２の代替案では
   ・導光体（３）は、バックライト（２）から出る光に対して少なくとも３０％透明であり、
   ・導光体（３）は、その少なくとも１つの幅狭側に横方向に入射した光を制限された角度範囲に放射し、
   ・第１の動作モードＢ１では少なくともバックライト（２）はオンで、第２の動作モードＢ２では光源（４）はオンでバックライト（２）はオフである、画面（１ａ）。
2. 第１の代替案による画像表示装置（１）を備えた画面（１ａ）において、視野角範囲を自由視モード用の第１の動作モードＢ１で広く切り替え、制限視モード用の第２の動作モードＢ２で制限する働きをする液晶層が、観視者の観視方向で他の液晶層の前方に位置し、両動作モードＢ１及びＢ２に対してそれぞれ異なる偏光によって視野角範囲を切り替えることを特徴とする、請求項１に記載の画面（１ａ）。
3. 照明装置（２ａ）は、第２の動作モードＢ２で定義可能な制限された視野角範囲に光を放射して、画面（１ａ）と交差する選択可能な平面で測定されるこの制限された視野角範囲の外部では、制限された視野角範囲の内部に存在する最高輝度のせいぜい５０％、好適にはせいぜい２０％、特に好適にはせいぜい１０％が最大輝度値として存在することを特徴とする、請求項１又は２に記載の画面（１ａ）。
4. 画像表示装置（１）と導光体（３）との間に、少なくとも１つの光学部品、好適には拡散器及び／又はプリズムフィルムが配置されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の画面（１ａ）。
5. 少なくとも１つの主要面上及び／又は導光体（３）の体積内における出射素子（６）の分布は、光源（４）から導光体（３）内に入射されて導光体（３）から出射素子（６）によって出射される光が以下の条件：
   主要面の１つで主要面の面法線に対して－５０°～＋５０°の角度範囲の間で放射される光量の少なくとも５０％が、互いに及び面法線に対して垂直な１つ又は２つの設定された優先方向に対して－２０°～＋２０°の角度範囲の間で放射され、及び／又は主要面の１つで主要面の面法線に対して－５０°～＋５０°の角度範囲の間で放射される光量の少なくとも７０％が、１つ又は２つの優先方向に対して－３０°～＋３０°の角度範囲の間で放射されること、及び
   導光体（３）から出射される光量の少なくとも５０％は、バックライト（２）から離れる方向又はバックライト（２）に向かう方向に出射されること、を満たすように設定されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の画面（１ａ）。
6. 出射素子（６）は、マイクロレンズ及び／又はマイクロプリズム及び／又は回折構造及び／又は３次元構造要素及び／又は散乱要素からなることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の画面（１ａ）。
7. 出射素子（６）は、その形状、単位面積当たりの数、及び延長において、導光体（３）の面法線に平行な投影方向で画像表示装置（１）の最小ピクセルの少なくとも１つのサブセットに対してそれぞれ少なくとも２つの出射素子（６）の部分又は全表面が、このサブセットの各最小ピクセルの下に配置されるように選択されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の画面（１ａ）。
8. 画像コンテンツを選択的に動作モードＢ２では同乗者のみに表示し、動作モードＢ１では運転者と同乗者に同時に表示するための、車両における請求項１から７のいずれか１項に記載の画面（１ａ）の使用。

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