WO2023012100A1 - Optisches element - Google Patents

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WO2023012100A1
WO2023012100A1 PCT/EP2022/071547 EP2022071547W WO2023012100A1 WO 2023012100 A1 WO2023012100 A1 WO 2023012100A1 EP 2022071547 W EP2022071547 W EP 2022071547W WO 2023012100 A1 WO2023012100 A1 WO 2023012100A1
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WO
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optical element
alternative
opaque
substrate
switchable
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Application number
PCT/EP2022/071547
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English (en)
French (fr)
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Andreas Bregulla
André HEBER
Yannick Bourgin
Markus Klippstein
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Sioptica Gmbh
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Publication date
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Definitions

  • CN 107734118 A describes a screen that uses two backlights to control the viewing angle of a screen.
  • the upper of the two backlights should emit focused light for this purpose.
  • a lattice with opaque and transparent sections is mentioned in particular as a configuration for this.
  • the same presumably means that the light from the second backlight, which has to penetrate the first in the direction of an LCD panel, is also focused and the public viewing mode, which is actually intended for a wide viewing angle, suffers from a significant narrowing of the angle.
  • US 2007/030240 A1 describes an optical element for controlling the light propagation direction of light originating from a backlight.
  • This optical element requires, for example, liquid crystals in the form of PDLCs, which is expensive on the one hand, but critical to safety on the other hand, especially for end customer applications, since PDLC liquid crystals usually require voltages higher than 60V for their circuit.
  • CN 1987606 A in turn describes a screen that makes the viewing angle of a screen controllable by means of two backlights.
  • a "first light plate” is used, which must be wedge-shaped in order to enable the intended focused light output. Precise details for achieving the focused light extraction with the appropriate angle conditions are not disclosed.
  • US 2018/0267344 A1 describes a structure with two flat lighting modules.
  • the light from the lighting module located at the back in the viewing direction is focused by a separate structure. After focusing, the light still has to pass through the front lighting module, which has diffusers. Thus, a strong light focus for a privacy screen cannot be optimally implemented.
  • US 2007/0008456 A1 discloses the division of a light emission angle into at least 3 areas, two areas of which are generally exposed to light. It follows from this that a privacy screen using a display illuminated in this way cannot be viewed from just one direction.
  • WO 2015/121398 A1 by the applicant describes a screen of the type described at the outset.
  • scattering particles are present in the volume of the corresponding light guide, which is essential for switching the operating mode.
  • the scattering particles selected there from a polymer usually have the disadvantage that light is decoupled from both large areas, which means that about half of the useful light is emitted in the wrong direction, namely towards the backlight, and not to a sufficient extent there due to the structure can be recycled.
  • the scattering particles made of polymer distributed in the volume of the light guide can, under certain circumstances, particularly at higher concentrations, lead to scattering effects which reduce the visual protection effect in the protected operating mode.
  • US2020/012129 A1 discloses a lighting device and a screen that describe two lights for switching between a narrow and a wide viewing mode.
  • one of the light guides is formed with fibers.
  • the scattering decoupling structure of a light guide is limited to certain strips in the projection direction. This is disadvantageous for a homogeneous image illumination and usually also causes unwanted moiré effects in the structure, for example in interaction with the pixel columns or lines of an LCD panel above it.
  • optical element which can influence the transmission as a function of the angle and which can switch between at least two states.
  • the optical element should be inexpensive to implement and, in particular, universally usable with different types of screens in order to enable switching between a privacy protection mode and a free viewing mode.
  • screens based on the optical element and lighting devices for screens are to be described.
  • an optical element comprising (i) an essentially plate-shaped or bowl-shaped substrate S with a first and a second large surface, one of the large surfaces being used as a light entry surface and the other as a light exit surface for the optical element incident light acts, (ii) a multiplicity of opaque surfaces O1, O2, ... near or on the first large surface, (iii) in a first alternative, a multiplicity of surfaces S1, S2, . .. near or on the second large area, or in a second alternative, a large number of chambers K1, K2, ...
  • the liquid F being up to 30 percent by volume, preferably up to 20 Percentage by volume of electrophoretically or magnetophoretically movable particles P which absorb light of one or more wavelengths or wavelength ranges and which d can be localized by a variable electromagnetic field in at least two different states within the respective chamber K1, K2, ..., (iv) so that in a first state, in which in the first alternative the switchable surfaces S1, S2, ... are in the opaque state, and in which, in the second alternative, more than half of all particles P, particularly preferably more than 90% of all particles P, are in that half, preferably in that third, of the corresponding chamber K1, K2, ..
  • the optical element restricts light that strikes the light entry surface in its propagation directions, (v) and so that in a second state, in which in the first alternative the switchable surfaces S1 , S2, ... are in the transparent state, and in which more than half of all particles P, particularly preferably more than 90% of all particles, are in the second alternative l P, in that half of the corresponding chamber K1, K2, ... are located, which faces the first large area, the optical element light, which on the light entry surface occurs, is not restricted in its propagation directions, but only because of the opaque surfaces 01, 02, ... does not transmit part of the light.
  • the angle-dependent transmission in the second state is more than 30%, preferably more than 50%, and in the first state less than 5%, preferably less than 3%, particularly preferably less than 2%, in one Angular range of more than 30° (this angle can also be varied, e.g. 10°, 20°, 25°, 40° or 45°) relative to a surface normal of the second large surface of the substrate S and measured in a selectable direction perpendicular to a longitudinal extent of the substrate S, preferably measured in the horizontal direction.
  • this angle can also be varied, e.g. 10°, 20°, 25°, 40° or 45°
  • the directions of propagation of the light penetrating the optical element are clearly restricted--apart from a small residual proportion.
  • the first large area of the substrate S can be the front or rear large area from the viewing direction.
  • the (permanently) opaque surfaces 01, 02, ... are preferably formed in strips. However, it is also possible that the opaque areas 01, 02, .
  • An exemplary possible two-dimensional pattern of this type could consist of two opaque grids, e.g. crossed at 90 degrees, i.e. rectangular or square-shaped, non-opaque partial areas are surrounded on all four sides by opaque areas 01, 02, ....
  • the switchable surfaces S1, S2, ... are strip-shaped if the opaque surfaces 01, 02, ... are strip-shaped. Otherwise, the switchable areas S1, S2, ... have similar or equivalent shapes to the opaque areas 01, 02, .... Furthermore, in the first alternative, in the first state of the optical element, there is usually maximum transmission in that direction or directions which is parallel to the (imaginary) connecting lines of the surface centers of the respective intermediate surface between two switchable surfaces S1 , S2, ... and the respective surface center of the intermediate surface between the closest (permanently) opaque surfaces 01, 02, ..., wherein the switchable surfaces S1, S2, seen from the direction of an observer, are preferably in front of the opaque surfaces 01, 02, ... lay.
  • Two opaque areas 01, 02, . . . and two switchable areas S1, S2, . . . are therefore separated by transparent intermediate areas.
  • the closest to a switchable area is that opaque area with the shortest distance to the relevant switchable area, the same applies to the intermediate areas.
  • the switchable surfaces S1, S2, ... and the opaque surfaces 01, 02, ... correspond to each other in terms of size and position, so that they are congruent with a projection along a direction perpendicular to the large surfaces are.
  • the transmission maximum is in the direction perpendicular to the large areas, since the connecting lines of the respective intermediate areas also run perpendicular to the large areas; in the case of dish-shaped substrates, the directions of maximum transmission can be focused on an observer in this way.
  • the switchable surfaces S1, S2, ... and the opaque surfaces 01, 02, ... - based on the projection along the direction perpendicular to the large areas - to arrange offset to each other, possibly also with different sizes, so that the connecting lines of the surface centers of the respective intermediate surfaces enclose angles different from 90° with the large surfaces or angles different from 0° with their normals which may be location-dependent, as is the case with dish-shaped substrates.
  • This is particularly useful in the case of plate-shaped substrates: If all connecting lines of the respective intermediate surfaces enclose the same angle, different from 90°, with the large surfaces, the transmission maximum for a fictitious observer is shifted to a position in which he looks at the substrate along the connecting lines , i.e.
  • a fictitious viewer located at this point of intersection then perceives maximum transmission only at this point of intersection and in a very narrow area around this point of intersection; when the viewing position is shifted away from the point of intersection, there is a sharp drop in transmission, for example with an intensity distribution which corresponds to a top-hat distribution.
  • S2, ... contain at least one electrochromic layer, an LC cell, an electro-wetting cell and/or an LC film with dichroic dyes, e.g. in the form of a "Black PDLC" film.
  • dichroic dyes e.g. in the form of a "Black PDLC" film.
  • Other variants are conceivable and are within the scope of the invention.
  • the switchable surfaces S1, S2, ... comprise fluid chambers R, each containing a liquid F, the liquid F being up to 30 percent by volume, preferably up to 20 percent by volume, contains electrophoretically or magnetophoretically movable particles P, which absorb light of one or more wavelengths or wavelength ranges, wherein electromagnetic switching means are also formed areally on one or more sides of the fluid chambers R, which generate an effective electromagnetic field in the fluid chambers R when switched on, whereby the particles P are moved in the liquid, so that the position and/or orientation of the particles is switchable between at least the two said states, which produce the said opaque and transparent states of the switchable surfaces S1, S2, ....
  • the particles P are preferably distributed over the entire area of the switchable surfaces S1, S2, surfaces S1 ,
  • the one or more wavelengths or wavelength ranges in which the electrophoretically or magnetophoretically movable particles absorb light are preferably in the visible spectrum and particularly preferably cover it essentially completely. For special purposes, however, they can also lie outside the visible spectrum, for example when UV or IR light is to be influenced, for example for measurement technology purposes.
  • the areal on one or more sides of the fluid chambers R formed in the substrate S electromagnetic switching means are arranged, for example, on the narrow sides or on large areas of the respective fluid chambers R.
  • the particles P are, for example, nanoparticles, quantum dots and/or dyes. These have a spatial extent of at most 200 nm, preferably at most 100 nm, particularly preferably at most 50 nm. Spatial extent here means the maximum extent in three-dimensional space or the hydrodynamic radius, whichever is larger. In the case of spherical particles, this is the diameter. In the case of string-shaped particles P, this is the greatest possible distance between two points on the surface of the particle.
  • Transport properties means in particular the behavior of the particles P during the respective phoresis (transport in the field).
  • the difference between the particle types consists, for example, in the particle size and/or the surface function, i.e. in the zeta potential.
  • quantum dots or dyes are used as particles P and if these are fluorescent, a so-called “quencher” material is preferably used in order to avoid fluorescence.
  • the liquid F can be polar or non-polar. It can also consist, for example, of water, oil, toluene or formaldehyde, also mixed with a 10% by volume ferrofluid and/or electrolyte.
  • the particles P are electrically charged and the electromagnetic switching means are designed as electrodes for generating a static or dynamic electric field, or the particles P are magnetic and the electromagnetic switching means are designed as electromagnetic layers for generating a static or dynamic magnetic field, so that the electromagnetic particles P move in the electric or magnetic field in the liquid F.
  • the corresponding electric field lines would then, for example, be parallel in the middle of a fluid chamber R and tend to show deviations from parallelism at the edge.
  • other configurations are also possible.
  • the leading physical effects for the movement of the particles P when an electromagnetic field is present, in particular a static field are accordingly (di-)electrophoresis or magnetophoresis.
  • the fluid chambers R in a plane parallel to the main direction of propagation of the substrate S can be between 2 ⁇ m and 50 ⁇ m wide (distance from long side to long side of a fluid chamber) and spaced at least 10 ⁇ m and about 150 ⁇ m from each other (distance from long side to next-neighboring long side of the next adjacent fluid chamber R).
  • the depth of a fluid chamber R can be a few microns to about 50 pm. However, values other than those described here are explicitly possible.
  • the switchable surfaces S1, S2, ... be divided into at least two groups, which are each independently switchable, so that a local switchability between the first and the second state on the optical element is made possible.
  • this can further comprise means for suppressing light rays propagating in the substrate S, which either come from a gap between two adjacent opaque surfaces 01, 02 or in the opaque transparent state of the switchable surfaces S1, S2, ... penetrate into the substrate S from an interspace between two adjacent switchable areas S1, S2 and into the non-neighboring interspaces between corresponding switchable areas S3, S4 or opaque areas 03, 04 on the opposite large area of the substrate S are directed.
  • Said means can be formed, for example, in that due to a suitable choice of the refractive index of the substrate S compared to the refractive index of the medium surrounding the substrate S, it is not possible for certain light rays to leave the substrate S at definable angles due to total reflection.
  • said means could each be formed in that between some or all of the opaque surfaces 01, 02, ... absorbers are embedded in the substrate S, which essentially each range from the first to the second large surface of the substrate S and approximately are aligned perpendicular to one of the large areas.
  • said means could be implemented by suitably choosing the thickness of the opaque areas O1, O2, ... and/or the switchable areas S1, S2, ....
  • the chambers K1, K2, In order to make it easier to distinguish between the first and second alternatives, the chambers K1, K2, .
  • one chamber K1, K2, . . . it is preferred that one chamber K1, K2, . . . It is also advantageous if, in the second alternative, electromagnetic switching means are formed areally on one or more sides of the chambers K1, K2, . . generate, whereby the particles P are moved in the liquid, so that the position and / or orientation of the particles P can be switched between at least two states, which generate said at least two states of the optical element.
  • Said electromagnetic switching means are preferably electrodes, at least the electrodes on the second major surface being (at least partially) transparent.
  • the electrodes on the first large area are arranged at or near the opaque areas 01, 02, ..., or can even correspond to them in the case of opaque electrodes. As far as the dimensions of the chambers K1, K2, ...
  • the depth of such a chamber K1, K2, . . . can also be greater than 50 ⁇ m, for example 100 ⁇ m.
  • the general design instructions for the liquid F and the particles P can also be used analogously for the second alternative and are therefore not repeated here.
  • An essential difference in the configurations according to the first and the second alternative is that in the first alternative the particles P switch the respective switchable surface S1, S2, ... in one state to be opaque and in the other state to be as transparent as possible Particles P are therefore more likely to be moved horizontally, while in the second alternative the particles P are more likely to be moved vertically between the two states in order to interact with the opaque surfaces 01, 02, ... to influence the light propagation directions as desired achieve or avoid.
  • At least four-fifths, particularly preferably more than nine-tenths, of all particles P are in that third, preferably that quarter, of the corresponding chamber K1, K2, ... are located, which is located closest to the second large area of the substrate S.
  • the chambers K1, K2, ... be divided into at least two groups, which are each independently switchable, so that a local switchability between the first and the second state on the optical element is made possible.
  • a particularly advantageous embodiment of the optical element in the second alternative is that the gaps in the substrate S between the next adjacent chambers K1, K2, ... have a higher refractive index than the liquid F in the chambers K1, K2,. .., whereby this applies at least to a wavelength in the visible range, but preferably to all wavelengths in the range from 400 nm to 800 nm inclusive.
  • Said difference in refractive index can be, for example, 0.01 or 0.02 or 0.03 or more. This ensures that, for example, on the first large area on the optical element incident light due to the opaque layers 01, 02, ...
  • the cases a) to d) or selections thereof can also be generated there. Again, this applies to at least one Wavelength in the visible range applies, but preferably for all wavelengths in the range from 400 nm to 800 nm.
  • the advantage of this configuration is that the light restricted in its propagation directions by the optical element in the first state has approximately a top-hat distribution, i.e. the luminance has only a slight angular dependence around the preferred propagation direction and then follows a steep drop in transmission.
  • the transmission dependency described has the advantage that an observer from a preferred direction perceives the transmission homogeneously and the transmission for observers from angles of e.g. more than 30° (this angle can also be varied, e.g. 10°, 20°, 25°, 40° or 45°) is greatly reduced.
  • the refractive index of the material of the substrate (at least between two adjacent chambers K1, K2, ...) and / or the refractive index of the liquid F in the chambers K1, K2 , ... can be switched between at least two states, so that the refractive index differences at the corresponding refractive index limits can each be modulated, as a result of which said limitation or influencing of the propagation directions can be varied.
  • each opaque surface 01, 02, . . . is formed by a permanent absorber layer and/or by at least one layer reflecting downwards. If only one reflective layer is present here, which is possible within the scope of the invention, then this naturally also has opaque properties.
  • the reflective properties contribute to increasing the efficiency, for example when an optical element according to the invention is installed in a lighting device, for example for an LCD panel.
  • the optical element can advantageously be combined with a polarizer, which linearly polarizes the transmitted light parallel to the preferred privacy protection direction.
  • the substrate S in both alternatives of the optical element, it is possible for the substrate S to form the cover substrate of an OLED, microLED or LCD panel, each of which has pixels or subpixels.
  • the substrate S can be applied to or positioned in front of said cover substrate.
  • the center of each area between switchable surfaces S1, S2, ... and / or opaque surfaces 01, 02, ... in perpendicular projection onto the substrate S with a tolerance of no more than 20% of the width of any such area is located in front of the center of a said pixel or sub-pixel of the respective panel.
  • each area between switchable areas S1, S2, ... and/or opaque areas 01, 02, ... is slightly offset when projected perpendicularly onto the substrate S the center of a said pixel or sub-pixel of the respective panel is located, that the imaginary connecting lines of the respective surface centers of the switchable surfaces S1, S2, ... with those of opaque surfaces 01, 02, ... with a maximum tolerance of 15° show a viewer.
  • the light transmitted in the first state of the optical element would be focused towards a viewer.
  • the upper surfaces of the chambers can be smaller than the lower surfaces of the chambers, which generally correspond to the opaque surfaces 01, 02, .
  • the transmission can thus be focused on an observer.
  • a lighting device for a screen that can be operated in a first state for a restricted view mode and in a second state for a clear view mode, comprising a flat, extended backlight that light into an unrestricted range of angles, and an optical element located in front of the backlight in the viewing direction, as described above.
  • the background lighting used here preferably emits light in an unrestricted angular range.
  • the backlight has a certain pre-focusing, for example by horizontally radiating no more than 10% or 20% of the peak brightness in a (horizontally measured) angular range of more than 30° or 45°.
  • Such an illumination device is advantageously used with a transmissive image display unit arranged in front of the optical element in the viewing direction, in order to display a screen that can be operated in a first state for a restricted view mode and in a second state for a clear view mode obtained because the light from the illumination device is once restricted in the propagation directions due to the optical element, and is therefore focused (first state) and once not focused (second state).
  • a screen that can be operated in a first state for a restricted view mode and in a second state for a clear view mode, comprising an optical element as described above, and a dem optical element seen from a viewer upstream or downstream image display unit.
  • the image display unit is, for example, an OLED display, an LCD, an SED, an FED, a microLED display or a VFD. Since the optical element is effective regardless of the type of image display unit, any other type of screen can also be used.
  • the lighting device according to the invention with a screen as well as the screen according to the invention is particularly advantageous for use in a vehicle for the selective display of image content only for the passenger in the first state or simultaneously for the driver and the passenger in the second state.
  • the former is useful, for example, when the passenger is watching entertainment content that could distract the driver.
  • the invention is also used when entering or displaying confidential data, for example PIN numbers, e-mails, SMS or passwords, at ATMs, payment terminals or mobile devices.
  • the desired restricted propagation direction for the first state for a restricted view can be defined and implemented independently for the horizontal and vertical directions, respectively. For example, a larger angle (or possibly no restriction at all) in the vertical direction could make sense than in the horizontal direction, for example if people of different sizes should see an image at ATMs, while the side view should remain strong or completely restricted.
  • security regulations often require restricted visibility in the first state, both horizontally and vertically.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a third configuration of an optical element in the first alternative
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a first embodiment of an optical element in a second alternative
  • FIG. 5 shows a schematic diagram for varying the positioning of switchable surfaces in relation to opaque surfaces in the first alternative of an optical element
  • FIG. 6 shows a basic sketch of a first variation of the surface sizes of the switchable surfaces compared to the opaque surfaces in the first alternative of an optical element
  • FIG. 7 shows a schematic diagram of a second variation of the surface sizes of the switchable surfaces compared to the opaque surfaces in the first alternative of an optical element
  • FIG. 8 shows a schematic diagram of a variation of the surface sizes of upper surfaces of the chambers compared to the opaque surfaces in the second alternative of an optical element
  • FIG. 9 shows a basic sketch of an illumination device for a screen with an optical element, as well as
  • Figure 10 is a schematic diagram of a screen operable in a first condition for a restricted view mode and in a second condition for a clear view mode, with an optical element.
  • the drawings are not true to scale and only show basic illustrations.
  • FIG. 1a shows a basic sketch of a first embodiment of an optical element 1 in the first alternative.
  • the figure shows the second state of an exemplary optical element 1 to the left of the dashed vertical line and the first state to the right thereof. This includes:
  • the switchable surfaces S1, S2, ... as well as other parameters such as the refractive index of the transparent substrate S and its thickness determine the extent to which the propagation directions are restricted, in particular which angle transmits light in which directions and whether said restriction of the directions of propagation only takes place in one (e.g. horizontal) or in several levels (e.g. horizontal and vertical).
  • the light path through the optical element 1 is shown stylized in FIG. 1a (as well as in the following drawings up to and including FIG. 5) by the light rays incident from below. These are a few selected conceivable light beams, with a large number of light beams being present in reality.
  • the angle-dependent transmission in the second state is more than 30%, preferably more than 50%, and in the first state less than 5%, preferably less than 3%, particularly preferably less than 2%, in one Angular range of more than 30° (this angle can also be varied, e.g. 10°, 20°, 25°, 40° or 45°) relative to a surface normal of the second large surface of the substrate S and measured in a selectable direction perpendicular to a longitudinal extension of the substrate S, preferably measured in a horizontal direction.
  • this angle can also be varied, e.g. 10°, 20°, 25°, 40° or 45°
  • the directions of propagation of the light penetrating the optical element 1 are thus clearly limited, with the exception of a small residual proportion.
  • the (permanently) opaque surfaces 01, 02, . . . are preferably in the form of strips. However, it is also possible for the opaque areas 01, 02, ... over (or near) the entirety of the first large area(s) to be in a two-dimensional pattern (e.g. a grid-like pattern), which may be periodic or non-periodic can, are distributed.
  • the switchable areas S1, S2, . . . are strip-shaped if the opaque areas 01, 02, . Otherwise, the switchable areas S1, S2, ... have similar or equivalent shapes to the opaque areas 01, 02, ....
  • FIG. 1b shows a basic sketch of a second embodiment of an optical element 1 in the first alternative.
  • the switchable surfaces S1, S2, ... comprise fluid chambers R, each of which contains a liquid F, the liquid F being up to 30 percent by volume, preferably up to 20 percent by volume, more electrophoretically or magnetophoretically movable
  • Contains particles P, which absorb light of one or more wavelengths or wavelength ranges, with electromagnetic switching means also being formed areally on one or more sides of the fluid chambers R, which generate an effective electromagnetic field in the fluid chambers R when switched on, whereby the particles P are moved in the liquid, so that the position and/or orientation of the particles can be switched between at least the two said states, which produce the said opaque and transparent states of the switchable surfaces S1, S2, ....
  • the first state as shown on the right in FIG Volumes are conglomerated, as shown in Figure 1b on the left, in order not to cover the largest possible area of the switchable surfaces S1, S2, ....
  • the one or more wavelengths or wavelength ranges in which the electrophoretically or magnetophoretically movable particles P absorb light are gene preferably in the visible spectrum and particularly preferably cover it essentially completely. For special purposes, however, they can also lie outside the visible spectrum, for example when UV or IR light is to be influenced, for example for measurement technology purposes.
  • the electromagnetic switching means formed in the form of a surface on one or more sides of the fluid chambers R in the substrate S are arranged, for example, on the narrow sides or on large areas of the respective fluid chambers R. They are not shown in the drawing. It is also possible, for example, to arrange these electrodes in strips and with periodically alternating polarity in the second state on a large surface of at least one fluid chamber R, while a flat electrode is arranged on the opposite large surface, which is also controlled depending on the state.
  • the particles P are, for example, nanoparticles, quantum dots and/or dyes. These have a spatial extent of at most 200 nm, preferably at most 100 nm, particularly preferably at most 50 nm. Spatial extent here means the maximum extent in three-dimensional space or the hydrodynamic radius, whichever is larger. In the case of spherical particles P, this is the diameter. In the case of string-shaped particles, this is the greatest possible distance between two points on the surface of the particle P.
  • the liquid F can be polar or non-polar. It can also consist, for example, of water, oil, toluene or formaldehyde, also mixed with a 10% by volume ferrofluid and/or electrolyte. Other configurations are conceivable within the scope of the invention.
  • the fluid chambers R in a plane parallel to the main direction of propagation of the substrate S can be between 2 ⁇ m and 50 ⁇ m wide (distance from long side to long side of a fluid chamber) and at least 10 ⁇ m and 150 ⁇ m apart from each other (distance from long side to next-adjacent long side of the next-adjacent fluid chamber).
  • the depth of a fluid chamber can be a few to about 50 pm. However, values other than those described here are explicitly possible.
  • FIG. 2 shows a basic sketch of a third embodiment of an optical element 1 in the first alternative. It shows the second state of an exemplary optical element 1 to the left of the dashed vertical line and the first state to the right of it.
  • absorbent particles P are used, as already described for FIG. 1b.
  • the electrodes are designed in such a way that in the second state the particles P are concentrated on as small a volume as possible within a fluid chamber R. This can be implemented, for example, by arranging electrodes on the right narrow sides of the fluid chambers R, which are controlled in the second state in such a way that the particles P move there.
  • this can further comprise means for suppressing light rays propagating in the substrate S, which either come from a gap between two adjacent opaque surfaces 01, 02 or in the opaque transparent state of the switchable surfaces S1, S2 , ... penetrate into the substrate S from a space between two adjacent switchable surfaces S1, S2 and are directed towards the non-neighboring spaces between corresponding switchable surfaces S3, S4 or opaque surfaces 03, 04 on the respective opposite large surface of the substrate S are.
  • Said means can be formed, for example, in that due to a suitable selection of the refractive index of the substrate S compared to the refractive index of the medium surrounding the substrate, it is not possible for certain light rays to leave the substrate at definable angles due to total reflection.
  • said means could each be formed in that absorbers are let into the substrate S between some or all of the opaque surfaces 01, 02, are aligned to one of the large areas.
  • said means could be implemented by suitably choosing the thickness of the opaque areas O1, O2, ... and/or the switchable areas S1, S2, ....
  • an optical element comprises an essentially plate-shaped substrate S with a first (bottom) and a second large surface (top), with the first large surface as a light entry surface and the other as a light exit surface for light incident on the optical element in this example acts, (ii) a multiplicity of opaque areas 01, 02, ... near or on the first large area, (iii) in this second alternative, a multiplicity of chambers K1, K2, ...
  • the liquid F containing up to 30 percent by volume, preferably up to 20 percent by volume, of electrophoretically or magnetophoretically movable particles P, which absorb light of one or more wavelengths or wavelength ranges and which are in at least two different states by a variable electromagnetic field can be located within the respective chamber K1, K2, ..., (iv) so that in a first state, in which in this second alternative more than half of all particles P, particularly preferably more than 90% of all particles P, are in that half, preferably in that third, of the corresponding chamber K1, K2, ...
  • the optical element 1 restricts light that strikes the light entry surface in its propagation directions, (v) and so that in a second state, in which more than half of all particles P are in this second alternative, is particularly preferred more than 90% of all particles P are in that half of the corresponding chamber K1, K2, ... which faces the first large area, the optical element 1 does not restrict light which occurs on the light entry area in its propagation directions, but only due to the opaque surfaces 01, 02, ... some of the light is not transmitted.
  • the above-described statements on the electrophoretically or magnetophoretically movable particles P apply here, which should not be repeated here for reasons of redundancy.
  • one chamber K1, K2, ... is in the projection direction perpendicular to the substrate S above an opaque surface 01, 02, ... and the base surface shape of such a chamber K1 , K2, ... corresponds approximately to the shape of such an opaque surface 01, 02, ....
  • electromagnetic switching means are formed areally on one or more sides of the chambers K1, K2, . . generate, whereby the particles P are moved in the liquid, so that the position and / or orientation of the particles P can be switched between at least two states, which generate said at least two states of the optical element.
  • Said electromagnetic switching means are preferably electrodes, at least the electrodes on the second major surface being (at least partially) transparent.
  • the electrodes on the first large area are arranged at or near the opaque areas 01, 02, ..., or can even correspond to them in the case of opaque electrodes.
  • the depth of such a chamber K1, K2, . . . can also be greater than 50 ⁇ m, for example 100 ⁇ m.
  • the general design information on the liquid F and the particles P, as given above for the first alternative, can also be applied mutatis mutandis to the second alternative, which is a repetition of description here makes redundant.
  • An essential difference in the configurations according to the first and the second alternative is that in the first alternative the particles P switch the respective switchable surface S1, S2, ... in one state to be opaque and in the other state to be as transparent as possible Particles P are therefore more likely to be moved horizontally, while in the second alternative the particles P are more likely to be moved vertically between the two states in order to interact with the opaque surfaces 01, 02, ... to influence the light propagation directions as desired achieve or avoid.
  • At least four-fifths, particularly preferably more than nine-tenths of all particles P are in that third, preferably that quarter, of the corresponding chamber K1, K2, ... are located, which is located closest to the second large area of the substrate S.
  • a particularly advantageous embodiment of the optical element 1 in the second alternative is that the gaps in the substrate S between the respectively next-neighboring chambers K1, K2, ... have a higher refractive index than the liquid F in the chambers K1, K2, ... whereby this applies at least to a wavelength in the visible range, but preferably to all wavelengths in the range from 400 nm to 800 nm.
  • FIG. 4 shows in FIG. 4 as a basic sketch of a second embodiment of an optical element 1 in the second alternative.
  • cases a) to d) expressly have to occur.
  • cases c) do not occur, as shown here in FIG. Selected beams for cases a), b) and d) were marked there.
  • This description applies analogously to the case in which light impinges on the optical element 1 via the second large area, because the light path is reversible.
  • the said difference in the refractive index can in principle also be used for the first alternative of the optical element, which has been explained by way of example in three configurations with reference to the drawings FIGS. 1a, 1b and 2: Then, instead of the chambers K1, K2, . .. and the respective nearest switchable area S1, ... are located. Thus, in principle, the cases a) to d) or selections thereof can also be generated there.
  • the advantage of this second embodiment of the second alternative is that the light restricted in its propagation direction by the optical element 1 in the first state has an approximately top-hat distribution, i.e. the luminance around the preferred propagation direction is only low Angular dependency and then follows a steep drop in transmission.
  • the transmission dependency described has the advantage that an observer from a preferred direction perceives the transmission homogeneously and the transmission for observers from angles of e.g. more than 30° (this angle can also be varied, e.g. 10°, 20°, 25°, 40° or 45°) is greatly reduced.
  • each opaque surface 01, 02, ... by a permanent absorber layer and / or by at least a downwardly reflecting layer is formed. If only one reflective layer is present here, which is possible within the scope of the invention, then this naturally also has opaque properties. The reflective properties help increase efficiency, for example when an optical element 1 is installed in a lighting device, for example for an LCD panel.
  • the substrate S in both alternatives of the optical element, it is possible for the substrate S to form the cover substrate of an OLED, microLED or LCD panel, each of which has pixels or subpixels. Alternatively, the substrate S can be applied to or positioned in front of said cover substrate.
  • the center of each area between switchable surfaces S1, S2, ... and / or opaque surfaces 01, 02, ... in perpendicular projection onto the substrate S with a tolerance of no more than 20% of the width of any such area is located in front of the center of a said pixel or sub-pixel of the respective panel.
  • FIG. 9 shows a schematic diagram of an illumination device for a screen, which can be operated in a first state for a restricted view mode and in a second state for an unobstructed view mode, with an optical element 1.
  • This comprises a backlight BLU which is extended in the form of a surface, which emits light in an unrestricted angular range, and an optical element 1 located in front of the backlight BLU in the viewing direction, as described above.
  • the background lighting BLU used here preferably emits light in an unrestricted angular range.
  • the background lighting BLU has a certain pre-focusing, for example by horizontally radiating no more than 10% or 20% of the peak brightness in (horizontally measured) angular ranges of more than 30° or 45°.
  • Such an illumination device is advantageously used with a transmissive image display unit (such as an LCD panel) arranged in front of the optical element 1 in the viewing direction, in order to display a screen that is in a first state for a restricted view mode and in a second state for a free view mode can be operated, because the light from the illumination device BLU is restricted once in the propagation directions due to the optical element 1, and is therefore focused (first state) and once not focused (second state).
  • a transmissive image display unit such as an LCD panel
  • FIG. 10 shows a schematic diagram of a screen, which can be operated in a first state for a restricted view mode and in a second state for a clear view mode, with an optical element 1.
  • a screen comprises an optical element 1 as described above, and an image display unit 2 arranged upstream or downstream of the optical element 1 as seen from an observer (in FIG. 10 the variant is shown that the image display unit 2 is arranged downstream).
  • the image rendering unit 2 is, for example, an OLED display, an LCD panel, an SED panel, an FED panel, a microLED display or a VFD. Since the optical element 1 is effective regardless of the type of image display unit 2, any other type of image display unit can also be used.
  • Means for reducing or controlling reflections for example an anti-glare and/or an anti-reflection coating, can be arranged on the upper side of the image reproduction unit 2 .
  • optical element described above as well as the lighting device described and the screen that can be implemented with it, solve the set tasks:
  • An optical element has been described which can influence the transmission as a function of the angle and which can switch between at least two states.
  • the optical element can be implemented inexpensively and can be universally used in particular with various screen types in order to enable switching between a privacy protection mode and a free viewing mode.
  • screens and lighting devices for screens based on the optical element have been described.
  • the invention described above can be used to advantage wherever confidential data is displayed and/or entered, such as when entering a PIN or for displaying data at ATMs or payment terminals or for entering passwords or when reading emails on mobile devices. As described above, the invention can also be used in passenger cars.
  • Reference List

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (1), umfassend, ein Substrat (S) mit einer ersten und einer zweiten Großfläche, eine Vielzahl von opaken Flächen (01, 02,...) nahe oder auf der ersten Großfläche, in einer ersten Alternative eine Vielzahl von zwischen einem opaken und einem transparenten Zustand umschaltbaren Flächen (S1, S2,...) nahe oder auf der zweiten Großfläche, oder in einer zweiten Alternative eine Vielzahl von Kammern (K1, K2,...) im Substrat (S), die mit einer Flüssigkeit (F) gefüllt sind, wobei die Flüssigkeit (F) bis zu 30 Volumenprozent elektrophoretisch bewegbarer Partikel (P) enthält, welche Licht absorbieren, die durch ein veränderliches elektromagnetisches Feld in mindestens zwei verschiedenen Zuständen innerhalb der jeweiligen Kammer (K1, K2,...) lokalisiert werden können.

Description

Titel
[0001] Optisches Element
Technisches Gebiet der Erfindung
[0002] In den letzten Jahren wurden große Fortschritte zur Verbreiterung des Sehwinkels bei LCDs erzielt. Allerdings gibt es oft Situationen, in denen dieser sehr große Sehbereich eines Bildschirms von Nachteil sein kann. Zunehmend werden auch Informationen auf mobilen Geräten wie Notebooks und Tablet-PCs verfügbar, wie Bankdaten oder andere, persönliche Angaben, und sensible Daten. Dem entsprechend brauchen die Menschen eine Kontrolle darüber, wer diese sensiblen Daten sehen darf; sie müssen wählen können zwischen einem weiten Betrachtungswinkel, um Informationen auf ihrem Display mit anderen zu teilen, z.B. beim Betrachten von Urlaubsfotos oder auch für Werbezwecke. Andererseits benötigen sie einen kleinen Betrachtungswinkel, wenn sie die Bildinformationen vertraulich behandeln wollen.
[0003] Eine ähnliche Problemstellung ergibt sich im Fahrzeugbau: Dort darf der Fahrer bei eingeschaltetem Motor nicht durch Bildinhalte, wie etwa digitale Entertainmentprogramme, abgelenkt werden, während der Beifahrer selbige jedoch auch während der Fahrt konsumieren möchte. Mithin wird ein Bildschirm benötigt, der zwischen den entsprechenden Darstellungsmodi umschalten kann.
Stand der Technik
[0004] Zusatzfolien, die auf Mikro-Lamellen basieren, wurden bereits für mobile Displays eingesetzt, um deren optischen Datenschutz zu erreichen. Allerdings waren diese Folien nicht (um)schaltbar, sie mussten immer erst per Hand aufgelegt und danach wieder entfernt werden. Auch muss man sie separat zum Display transportieren, wenn man sie nicht gerade braucht. Ein wesentlicher Nachteil des Einsatzes solcher Lamellen-Fo- lien ist ferner mit den einhergehenden Lichtverlusten verbunden. [0005] Die Schrift US 5,956,107 A offenbart eine umschaltbare Lichtquelle, mit der ein Bildschirm in mehreren Modi betrieben werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass sämtliche Lichtauskopplung auf Streuung beruht und damit nur geringe Effizienz sowie nichtoptimale Lichtrichtungseffekte erzielt werden. Insbesondere die Erzielung eines fokussierten Lichtkegels wird nicht näher offenbart.
[0006] In der CN 107734118 A ist ein Bildschirm beschrieben, der mittels zwei Hintergrundbeleuchtungen den Betrachtungswinkel eines Bildschirms kontrollierbar gestaltet. Die obere der beiden Hintergrundbeleuchtungen soll hierzu fokussiertes Licht aussenden. Als Ausgestaltung dazu wird insbesondere ein Gitter mit opaken und transparenten Abschnitten genannt. Selbiges führt jedoch mutmaßlich dazu, dass auch das Licht der zweiten Hintergrundbeleuchtung, welches die erste in Richtung eines LCD-Panels durchdringen muss, ebenfalls fokussiert wird und mithin der eigentlich für einen breiten Betrachtungswinkel vorgesehene öffentliche Betrachtungsmodus eine deutliche Winkelschmälerung erleidet.
[0007] Die US 2007/030240 A1 beschreibt ein optisches Element zur Kontrolle der Lichtausbreitungsrichtung von aus einer Hintergrundbeleuchtung herrührenden Lichtes. Dieses optische Element verlangt beispielsweise Flüssigkristalle in Form von PDLCs, was zum einen teuer, zum anderen aber insbesondere für Endkundenanwendungen sicherheitskritisch ist, da PDLC-Flüssigkristalle in der Regel Spannungen höher als 60V für Ihre Schaltung benötigen.
[0008] In der CN 1987606 A wird wiederum ein Bildschirm beschrieben, der mittels zwei Hintergrundbeleuchtungen den Betrachtungswinkel eines Bildschirms kontrollierbar gestaltet. Dabei kommt insbesondere ein „first light plate“ zum Einsatz, welches keilförmig sein muss, um die beabsichtigte fokussierte Lichtauskopplung zu ermöglichen. Genaue Details zur Erzielung der fokussierte Lichtauskopplung mit entsprechenden Winkelbedingungen werden nicht offenbart.
[0009] Ferner beschreibt die US 2018/0267344 A1 einen Aufbau mit zwei flachen Beleuchtungsmodulen. Hierbei wird das Licht des in Betrachtungsrichtung hinten liegenden Beleuchtungsmodules durch eine separate Struktur fokussiert. Nach der Fokussierung muss das Licht noch das vordere Beleuchtungsmodul passieren, welches über Streuelemente verfügt. Somit ist eine starke Lichtfokussierung für einen Sichtschutz nicht optimal umsetzbar. [0010] Schließlich offenbart die US 2007/0008456 A1 die Aufteilung eines Lichtabstrahlwinkels in mindestens 3 Bereiche, wobei in der Regel zwei Bereiche davon mit Licht beaufschlagt werden. Hieraus ergibt sich, dass ein Sichtschutz, bei dem ein so beleuchtetes Display verwendet wird, nicht allein aus einer Richtung betrachtbar sein kann.
[001 1] Die WO 2015/121398 A1 der Anmelderin beschreibt einen Bildschirm der eingangs beschriebenen Art. Dort sind für die Umschaltung der Betriebsarten essentiell Streupartikel im Volumen des entsprechenden Lichtleiters vorhanden. Die dort gewählten Streupartikel aus einem Polymerisat weisen jedoch in der Regel den Nachteil auf, dass Licht aus beiden Großflächen ausgekoppelt wird, wodurch etwa die Hälfte des Nutzlichtes in die falsche Richtung, nämlich zur Hintergrundbeleuchtung hin, abgestrahlt und dort aufgrund des Aufbaus nicht in hinreichendem Umfang recycelt werden kann. Überdies können die im Volumen des Lichtleiters verteilten Streupartikel aus Polymerisat unter Umständen, insbesondere bei höherer Konzentration, zu Streueffekten führen, die den Sichtschutzeffekt in der geschützten Betriebsart vermindern.
[0012] Die US2020/012129 A1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung und einen Bildschirm, welche zwei Lichter für die Umschaltung zwischen einem schmalen und einem breiten Betrachtungsmodus beschreiben. Dabei wird zum einen einer der Lichtleiter mit Fasern ausgebildet. Zum anderen wird die streuende Auskoppelstruktur eines Lichtleiters in Projektionsrichtung auf bestimmte Streifen beschränkt. Dies ist für eine homogene Bildausleuchtung nachteilig und verursacht in der Regel auch ungewollte Moire- Effekte im Aufbau, etwa im Zusammenspiel mit den Pixelspalten bzw. - zeilen eines darüber liegenden LCD-Panels.
[0013] Den vorgenannten Verfahren und Anordnungen ist in der Regel der Nachteil gemein, dass sie die Helligkeit des Grundbildschirms deutlich reduzieren und / oder ein aktives, zumindest jedoch ein spezielles, optisches Element zur Modi-Umschaltung benötigen und / oder eine aufwändige sowie teure Herstellung erfordern und / oder die Auflösung im frei betrachtbaren Modus reduzieren. Beschreibung der Erfindung
[0014] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein optisches Element zu beschreiben, welches die Transmission winkelabhängig beeinflussen kann, und welches zwischen mindestens zwei Zuständen umschalten kann. Das optische Element soll preiswert umsetzbar und insbesondere mit verschiedenartigen Bildschirmtypen universell verwendbar sein, um eine Umschaltung zwischen einem Sichtschutz- und einem freien Betrachtungsmodus zu ermöglichen. Außerdem sollen auf dem optischen Element basierende Bildschirme und Beleuchtungseinrichtungen für Bildschirme beschrieben werden.
[0015] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem optischen Element, umfassend (i) ein im Wesentlichen platten- oder schalenförmiges Substrat S mit einer ersten und einer zweiten Großfläche, wobei eine der Großflächen als Lichteintrittsfläche und die andere als Lichtaustrittsfläche für auf das optische Element einfallendes Licht wirkt, (ii) eine Vielzahl von opaken Flächen 01 , 02, ... nahe oder auf der ersten Großfläche, (iii) in einer ersten Alternative eine Vielzahl von zwischen einem opaken und einem transparenten Zustand umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... nahe oder auf der zweiten Großfläche, oder in einer zweiten Alternative eine Vielzahl von Kammern K1 , K2, ... im Substrat S, die mit einer Flüssigkeit F gefüllt sind, wobei die Flüssigkeit F bis zu 30 Volumenprozent, bevorzugt bis zu 20 Volumenprozent, elektrophoretisch oder magne- tophoretisch bewegbarer Partikel P enthält, welche Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche absorbieren und welche durch ein veränderliches elektromagnetisches Feld in mindestens zwei verschiedenen Zuständen innerhalb der jeweiligen Kammer K1 , K2, ... lokalisiert werden können, (iv) so dass in einem ersten Zustand, in welchem in der ersten Alternative die umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... im opaken Zustand sind, und in welchem sich in der zweiten Alternative mehr als die Hälfte aller Partikel P, besonders bevorzugt mehr als 90% aller Partikel P, in derjenigen Hälfte, bevorzugt in demjenigen Drittel, der entsprechenden Kammer K1 , K2, ... befinden, welche bzw. welches der ersten Großfläche abgewandt ist, das optische Element Licht, welches auf die Lichteintrittsfläche auftritt, in seinen Ausbreitungsrichtungen einschränkt, (v) und so dass in einem zweiten Zustand, in welchem in der ersten Alternative die umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... im transparenten Zustand sind, und in welchem sich in der zweiten Alternative mehr als die Hälfte aller Partikel P, besonders bevorzugt mehr als 90% aller Partikel P, in derjenigen Hälfte der entsprechenden Kammer K1 , K2, ... befinden, welche der ersten Großfläche zugewandt ist, das optische Element Licht, welches auf die Lichteintrittsfläche auftritt, in seinen Ausbreitungsrichtungen nicht einschränkt, sondern lediglich aufgrund der opaken Flächen 01 , 02, ... einen Teil des Lichtes nicht trans- mittiert.
[0016] Dabei bedeutet „nahe“ in Bezug auf die opaken Flächen 01 , 02, ... und die umschaltbaren Flächen S1 , S2, ..., dass der Abstand dieser Flächen zu der jeweiligen Großfläche nicht größer als die Dicke des Substrats S ist. Dabei ist eine Anordnung der opaken Flächen 01 , 02, ... und/oder der schaltbaren Flächen S1 , S2, ... innerhalb oder außerhalb des Substrats S denkbar.
[0017] Bevorzugt gilt, dass die winkelabhängige Transmission im zweiten Zustand mehr als 30%, bevorzugt mehr als 50%, und im ersten Zustand weniger als 5%, bevorzugt weniger als 3%, besonders bevorzugt weniger als 2%, beträgt, in einem Winkelbereich von mehr als 30° (dieser Winkel kann auch variiert werden, z.B. 10°, 20°, 25°, 40° oder 45°) bezogen auf eine Flächennormale der zweiten Großfläche des Substrats S und gemessen in eine wählbare Richtung senkrecht zu einer Längsausdehnung des Substrates S, vorzugsweise gemessen in horizontaler Richtung. Im ersten Zustand sind also - bis auf einen geringen Restanteil - die Ausbreitungsrichtungen des das optische Element durchdringenden Lichtes deutlich beschränkt.
[0018] Die erste Großfläche des Substrates S kann je nach Anwendungsfall die aus Betrachtungsrichtung vordere oder hintere Großfläche sein.
[0019] Die (permanent) opaken Flächen 01 , 02, ... sind bevorzugt streifenförmig ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass die opaken Flächen 01 , 02, ... voneinander über die (oder nahe der) gesamte(n) erste(n) Großfläche in einem zweidimensionalen Muster, das periodisch oder nicht periodisch sein kann, verteilt sind. Ein beispielhaftes mögliches solches zweidimensionales Muster könnte etwa aus zwei opaken, z.B. unter 90 Grad gekreuzten Gittern bestehen, d.h. rechteck- oder quadratförmige, nicht opake Teilflächen sind von allen vier Seiten von opaken Flächen 01 , 02, ... umgeben.
[0020] Entsprechend sind auch in der ersten Alternative die schaltbare Flächen S1 , S2, ... streifenförmig, wenn die opaken Flächen 01 , 02, ... streifenförmig sind. Ansonsten weisen die schaltbaren Flächen S1 , S2, ... ähnliche oder äquivalente Formen wie die opaken Flächen 01 , 02, ... auf. [0021] Weiterhin besteht in der ersten Alternative im ersten Zustand des optischen Elements in der Regel jeweils in diejenige Richtung bzw. in diejenigen Richtungen eine maximale Transmission, welche parallel zu den (gedachten) Verbindungslinien der Flächenmitten der jeweiligen Zwischenfläche zwischen jeweils zwei schaltbaren Flächen S1 , S2, ... und der jeweiligen Flächenmitte der Zwischenfläche zwischen den nächstliegenden (permanent) opaken Flächen 01 , 02, ... liegen, wobei die schaltbaren Flächen S1 , S2 aus Richtung eines Betrachters gesehen bevorzugt vor den opaken Flächen 01 , 02, ... liegen. Je zwei opake Flächen 01 , 02, ... und je zwei schaltbare Flächen S1 , S2, ... sind also durch transparente Zwischenflächen getrennt. Nächstliegend zu einer schaltbaren Fläche ist diejenige opake Fläche mit dem kürzesten Abstand zu der betreffenden schaltbaren Fläche, gleiches gilt für die Zwischenflächen.
[0022] Im einfachsten Fall korrespondieren die schaltbaren Flächen S1 , S2, ... und die opaken Flächen 01 , 02, ... von der Größe und Lage her zueinander, so dass sie bei einer Projektion entlang einer Richtung senkrecht zu den Großflächen kongruent sind. In diesem Fall liegt das Maximum der Transmission in der Richtung senkrecht zu den Großflächen, da auch die Verbindungslinien der jeweiligen Zwischenflächen senkrecht zu den Großflächen verlaufen; bei schalenförmigen Substraten kann auf diese Weise eine Fokussierung der Richtungen der maximalen Transmission auf einen Betrachter erfolgen.
[0023] Es ist aber auch möglich, die schaltbaren Flächen S1 , S2, ... und die opaken Flächen 01 , 02, ... - bezogen auf die Projektion entlang der Richtung senkrecht zu den Großflächen - versetzt zueinander anzuordnen, ggf. auch mit verschiedenen Größen, so dass die Verbindungslinien der Flächenmitten der jeweiligen Zwischenflächen von 90° verschiedene Winkel mit den Großflächen bzw. von 0° verschiedene Winkel mit deren - ggf., wie bei schalenförmigen Substraten, ortsabhängigen - Normalen einschließen. Dies ist insbesondere bei plattenförmigen Substraten sinnvoll: Schließen alle Verbindungslinien der jeweiligen Zwischenflächen einen gleichen, von 90° verschiedenen Winkel mit den Großflächen ein, so wird das Transmissionsmaximum für einen fiktiven Betrachter zu einer Position verschoben, bei der er entlang der Verbindungslinien auf das Substrat blickt, also unter einem schiefen, von 90° verschiedenen Winkel. Insbesondere bei plattenförmigen Substraten vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der die schaltbaren Flächen S1 , S2, ... und die opaken Flächen 01 , 02, ... so angeordnet sind, dass alle Verbindungslinien unterschiedliche Winkel mit den Großflächen einschließen, also paarweise verschiedene Winkel, wobei sich die Verbindungslinien besonders bevorzugt in einem Punkt schneiden. Ein an diesem Schnittpunkt befindlicher fiktiver Betrachter nimmt dann nur an diesem Schnittpunkt und in einem sehr engen Bereich um diesen Schnittpunkt herum eine maximale Transmission wahr; bei Verlagerung der Betrachtungsposition von dem Schnittpunkt weg erfolgt ein starker Abfall der T ransmission, beispielsweise mit einer Intensitätsverteilung, die einer Top-Hat-Verteilung entspricht.
[0024] Die vorgenannten Ausführungen zu dem Verhältnis der opaken Flächen 01 , O2, ... zu den schaltbaren Flächen S1 , S2, ... lassen sich analog auch auf das Verhältnis der Kammern K1 , K2, ... zu den schaltbaren Flächen S1 , S2, ... anwenden. Auch hier liegen die schaltbaren Flächen S1 , S2, ... vor den Kammern K1 , K2, ... und lassen sich Verbindungslinien für die jeweiligen transparenten Zwischenflächen konstruieren.
[0025] Ferner ist es möglich, dass in der ersten Alternative die umschaltbaren Flächen
51 , S2, ... mindestens eine elektrochrome Schicht, eine LC-Zelle, eine Elektro-Wetting- Zelle und/oder einen LC-Film mit dichroitischen Farbstoffen enthalten, z.B. in Form eines „Black PDLC“-Films. Andere Varianten sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung.
[0026] Alternativ hierzu ist es möglich, dass in der ersten Alternative die umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... Fluidkammern R umfassen, welche jeweils eine Flüssigkeit F enthalten, wobei die Flüssigkeit F bis zu 30 Volumenprozent, bevorzugt bis zu 20 Volumenprozent, elektrophoretisch oder magnetophoretisch bewegbarer Partikel P enthält, welche Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche absorbieren, wobei ferner flächenförmig an einer oder mehreren Seiten der Fluidkammern R ausgebildete elektromagnetische Schaltmittel ausgebildet sind, welche in einem eingeschalteten Zustand ein in den Fluidkammern R wirksames elektromagnetisches Feld erzeugen, wodurch die Partikel P in der Flüssigkeit bewegt werden, so dass die Position und/oder Ausrichtung der Partikel zwischen mindestens den zwei besagten Zuständen umschaltbar ist, welche die besagten opaken und transparenten Zustände der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... erzeugen. Im Falle des ersten Zustandes sind bevorzugt die Partikel P über möglichst die gesamte Fläche der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... verteilt, während im zweiten Zustand die Partikel in einem möglichst kleinen Volumen konglo- meriert sind, um einen möglichst großflächigen Bereich der umschaltbaren Flächen S1 ,
52, ... nicht zu bedecken. [0027] Die eine oder mehreren Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche, in denen die elektrophoretisch oder magnetophoretisch bewegbaren Partikel Licht absorbieren, liegen bevorzugt im sichtbaren Spektrum und decken dieses besonders bevorzugt im Wesentlichen komplett ab. Sie können aber für besondere Zwecke auch außerhalb des sichtbaren Spektrums liegen, etwa wenn UV- bzw. IR-Licht beeinflusst werden soll, z.B. für Zwecke der Messtechnik.
[0028] Die flächenförmig an einer oder mehreren Seiten der Fluidkammern R im Substrat S ausgebildeten elektromagnetischen Schaltmittel sind beispielsweise an den Schmalseiten oder an Großflächen der jeweiligen Fluidkammern R angeordnet.
[0029] Bei den Partikeln P handelt es sich beispielsweise um Nanopartikel, Quantenpunkte und/ oder Farbstoffe. Diese weisen eine räumliche Ausdehnung von maximal 200 nm, bevorzugt von maximal 100 nm, besonders bevorzugt von maximal 50 nm auf. Mit räumlicher Ausdehnung ist hier die maximale Ausdehnung im dreidimensionalen Raum oder aber der hydrodynamische Radius gemeint, je nach dem, was größer ist. Bei kugelförmigen Partikeln ist das also der Durchmesser. Bei schnurförmigen Partikeln P ist das der größtmögliche Abstand, den zwei Punkte auf der Oberfläche des Partikels jeweils voneinander aufweisen können.
[0030] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in der Flüssigkeit mehrere Arten von Partikeln P vorhanden, die sich in ihren Absorptionseigenschaften und/oder ihren Transporteigenschaften im elektromagnetischen Feld unterscheiden. Mit „Transporteigenschaften“ ist insbesondere das Verhalten der Partikel P bei der jeweiligen Pho- rese (Transport im Feld) gemeint.
[0031] Diese Variante kommt insbesondere im Falle von Nanopartikeln zum Tragen: der Unterschied der Partikelarten besteht hierbei z.B. in der Partikelgröße und/oder der Oberflächenfunktion, d.h. im Zeta- Potential.
[0032] Im Falle der Verwendung von Quantenpunkten oder Farbstoffen als Partikel P und wenn diese fluoreszierend sind, kommt bevorzugt noch ein sogenanntes „Quen- cher“-Material zum Einsatz, um eben die Fluoreszenz zu vermeiden.
[0033] Die Flüssigkeit F kann polar oder unpolar sein. Sie kann ferner zum Beispiel aus Wasser, Öl, Toluol oder Formaldehyd bestehen, auch versetzt mit einem 10 Vol.-%igen Ferrofluid und/oder Elektrolyten. [0034] Ferner sind entweder die Partikel P elektrisch geladen und die elektromagnetischen Schaltmittel als Elektroden zur Erzeugung eines statischen oder dynamischen elektrischen Feldes ausgebildet, oder die Partikel P sind magnetisch und die elektromagnetischen Schaltmittel sind als elektromagnetische Schichten zur Erzeugung eines statischen oder dynamischen Magnetfeldes ausgebildet, so dass sich die elektromagnetischen Partikel P im elektrischen oder magnetischen Feld in der Flüssigkeit F bewegen. Die entsprechenden elektrischen Feldlinien würden dann beispielweise in der Mitte einer Fluidkammer R parallel ausgebildet sein und am Rande eher Abweichungen von der Parallelität zeigen. Andere Ausgestaltungen sind jedoch ebenso möglich. Führende physikalische Effekte für die Bewegung der Partikel P beim Anliegen eines elektromagnetischen Feldes, insbesondere eines statischen Feldes, sind demnach die (Di-)Elekt- rophorese oder die Magnetophorese.
[0035] Beispielhaft können die Fluidkammern R in einer Ebene parallel zur Hauptausbreitungsrichtung des Substrates S zwischen 2 pm und 50 pm breit (Abstand Längsseite zu Längsseite einer Fluidkammer) und jeweils minimal 10 pm und etwa 150 pm voneinander beabstandet (Abstand Längsseite zu nächstbenachbarter Längsseite der nächstbenachbarten Fluidkammer R) sein. Die Tiefe einer Fluidkammer R kann einige Mikrometer bis etwa 50 pm betragen. Andere als die hier beschriebenen Werte sind jedoch explizit möglich.
[0036] Außerdem können die umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... in mindestens zwei Gruppen unterteilt sein, welche jeweils unabhängig voneinander umschaltbar sind, so dass eine lokale Umschaltbarkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand auf dem optischen Element ermöglicht wird.
[0037] In der ersten Alternative der Ausgestaltung des optischen Elements kann dieses weiterhin Mittel zur Unterdrückung von sich im Substrat S ausbreitenden Lichtstrahlen umfassen, welche entweder von einem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten opaken Flächen 01 , 02 oder im opaken transparenten Zustand der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... von einem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten umschaltbaren Flächen S1 , S2 in das Substrat S eindringen und auf die jeweils nicht nächstbenachbarten Zwischenräume zwischen entsprechend umschaltbaren Flächen S3, S4 bzw. opaken Flächen 03, 04 auf der jeweils gegenüberliegenden Großfläche des Substrates S gerichtet sind. Besagte Mittel können beispielsweise dadurch ausgebildet werden, dass aufgrund einer geeigneten Wahl der Brechzahl des Substrates S im Vergleich zur Brechzahl des das Substrat S umgebenden Mediums das Verlassen des Substrates S für bestimmte Lichtstrahlen unter festlegbaren Winkeln aufgrund von Totalreflexion nicht möglich ist.
[0038] Alternativ könnten besagte Mittel jeweils dadurch gebildet sein, dass zwischen einigen oder allen opaken Flächen 01 , 02, ... Absorber im Substrat S eingelassen sind, welche im Wesentlichen jeweils von der ersten zur zweiten Großfläche des Substrates S reichen und in etwa senkrecht zu einer der Großflächen ausgerichtet sind. Außerdem könnten besagte Mittel umgesetzt werden, indem die Dicke der opaken Flächen 01 , 02, ... und/oder der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... geeignet gewählt wird. Mehrere der vorgenannten Maßnahmen zur Umsetzung der besagten Mittel können auch miteinander kombiniert werden.
[0039] Zur besseren Unterscheidbarkeit der ersten und zweiten Alternative werden in der zweiten Alternative die dort vorhandenen, mit einer Flüssigkeit F gefüllten Kammern K1 , K2, ... als „Kammern“ bezeichnet, obwohl sie in der Tat ebenso Fluidkammern entsprechen.
[0040] In der zweiten Alternative des optischen Elements gilt bevorzugt, dass jeweils eine Kammer K1 , K2, ... in Projektionsrichtung senkrecht zum Substrat S oberhalb einer opaken Fläche 01 , 02, ... liegt. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn in der zweiten Alternative flächenförmig an einer oder mehreren Seiten der Kammern K1 , K2, ... ausgebildete elektromagnetische Schaltmittel ausgebildet sind, welche in einem eingeschalteten Zustand ein in den Kammern K1 , K2, ... wirksames elektromagnetisches Feld erzeugen, wodurch die Partikel P in der Flüssigkeit bewegt werden, so dass die Position und/oder Ausrichtung der Partikel P zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbar ist, welche die besagten mindestens zwei Zustände des optischen Elements erzeugen. Die besagten elektromagnetischen Schaltmittel sind bevorzugt Elektroden, wobei mindestens die Elektroden an der zweiten Großfläche (wenigstens teilweise) transparent sind. Die Elektroden an der ersten Großfläche sind an oder in der Nähe der opaken Flächen 01 , 02, ... angeordnet, oder können diesen sogar entsprechen, falls es sich um opake Elektroden handelt. [0041] Was die Dimensionen der Kammern K1 , K2, ... in der zweiten Alternative anbelangt, so wird auf die weiter oben gegebenen Ausgestaltungsvarianten der Fluidkammern für die erste Alternative des optischen Elements hingewiesen. Jedoch kann insbesondere die Tiefe einer solchen Kammer K1 , K2, ... auch größer als 50 pm sein, beispielsweise 100 pm.
[0042] Auch die allgemeinen Ausgestaltungshinweise zur Flüssigkeit F und den Partikeln P, wie sie weiter vorn zur ersten Alternative gegeben worden sind, sind sinngemäß auch für die zweite Alternative anwendbar und werden daher hier nicht wiederholt. Ein wesentlicher Unterschied in den Ausgestaltungen gemäß der ersten und der zweiten Alternative besteht darin, dass in der ersten Alternative die Partikel P die jeweilige schaltbare Fläche S1 , S2, ... in einem Zustand flächig opak und in dem anderen Zustand möglichst transparent schalten, die Partikel P also eher in der Horizontalen bewegt werden, während in der zweiten Alternative die Partikel P zwischen den beiden Zuständen eher in der Vertikalen bewegt werden, um jeweils um Zusammenspiel mit den opaken Flächen 01 , 02, ... die gewünschte Beeinflussung der Lichtausbreitungsrichtungen zu erzielen oder zu vermeiden.
[0043] Für das optische Element in der zweiten Alternative gilt im ersten Zustand, dass sich mindestens vier Fünftel, besonders bevorzugt mehr als neun Zehntel, aller Partikel P in demjenigen Drittel, bevorzugt demjenigen Viertel, der entsprechenden Kammer K1 , K2, ... befinden, welches sich am nächsten an der zweiten Großfläche des Substrats S befindet.
[0044] Außerdem können die Kammern K1 , K2, ... in mindestens zwei Gruppen unterteilt sein, welche jeweils unabhängig voneinander umschaltbar sind, so dass eine lokale Umschaltbarkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand auf dem optischen Element ermöglicht wird.
[0045] Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des optischen Elements in der zweiten Alternative besteht darin, dass die Zwischenräume im Substrat S zwischen jeweils nächstbenachbarten Kammern K1 , K2, ... einen höheren Brechungsindex aufweisen als die Flüssigkeit F in den Kammern K1 , K2, ..., wobei dies mindestens für eine Wellenlänge im sichtbaren Bereich gilt, bevorzugt jedoch für alle Wellenlängen im Bereich von 400 nm bis 800 nm einschließlich. Der besagte Unterschied des Brechungsdindex kann z.B. 0,01 oder 0,02 oder 0,03 oder mehr betragen. [0046] Hiermit wird erreicht, dass zum Beispiel an der ersten Großfläche auf das optische Element auftreffendes Licht aufgrund der opaken Schichten 01 , 02, ... ausschließlich durch die Oberflächenanteile der ersten Großfläche zwischen den opaken Schichten 01 , 02, in das optische Element einfällt und dort je nach Einfallsrichtung, Polarisation und vorgenanntem Brechzahlunterschied a) zwischen zwei Kammern K1 , K2, ... totalreflektiert und hernach an der oberen Oberfläche (hier also an der zweiten Großfläche) des entsprechenden Bereiches des Substrates S wieder ausgekoppelt wird (Fall a), oder b) die Brechzahlgrenze vom Substratmaterial zur Flüssigkeit F überwindet und in die angrenzende Kammer mit der Flüssigkeit F einfällt, in dieser propagiert und schließlich an deren oberer Seite aufgrund der Partikel P im ersten Zustand absorbiert wird, oder ausgekoppelt wird, wenn der zweite Zustand vorliegt (Fall b), oder c) nach Überwinden der Brechzahlgrenze vom Substratmaterial zur Flüssigkeit F wiederum die nächste Brechzahlgrenze von der Flüssigkeit F zum nächstbenachbarten Substratmaterial überwindet und je nach dann gegebener Ausbreitungsrichtung und Polarisation ausgekoppelt wird oder weiter im ersten optischen Element propagiert, bis es entweder -je nach Zustand des optischen Elements- ausgekoppelt oder absorbiert wird (Fall c), oder d) in beiden Zuständen das Substrat S zwischen zwei Kammern K1 , K2 ohne Totalreflexion durchquert und an der zweiten Großfläche wieder aus dem optischen Element ausgekoppelt wird (Fall d). Diese Beschreibung gilt analog für den Fall, dass Licht über die zweite Großfläche auf das optische Element auftrifft, der Lichtweg ist selbstverständlich umkehrbar.
[0047] Der besagte und vorstehend in seiner Wirkung definierte Unterschied des Bre- chungsdindex kann grundsätzlich auch für die erste Alternative des optischen Elements angewendet werden: In diesem Fall weisen solche Bereiche, welche sich im Substrat jeweils zwischen einer opaken Fläche 01 , 02, ... und der dazu nächstbenachbarten umschaltbaren Fläche S1 , S2, ... befinden, einen geringeren Brechungsindex auf als die zu diesen Bereichen komplementären Bereiche. Anstelle der Kammern K1 , K2, ... weisen also diejenigen Volumenbereiche des Substrates S einen niedrigeren Brechungsindex auf als die sie umgebenden Volumenbereiche des Substrates S, welche sich zwischen jeweils einer opaken Fläche 01 , ... und der jeweils nächstliegenden umschaltbaren Fläche S1 , ... befinden, wobei „nächstliegend“ hier entlang einer - bei schalenförmigen Substraten nur lokal definierten - Flächennormalen der ersten Großfläche in Richtung der zweiten Großfläche bedeutet. Somit können auch dort grundsätzlich die Fälle a) bis d) oder Auswahlen davon erzeugt werden. Auch hier gilt dies mindestens für eine Wellenlänge im sichtbaren Bereich gilt, bevorzugt jedoch für alle Wellenlängen im Bereich 400 nm bis 800 nm.
[0048] Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass das im ersten Zustand in seinen Ausbreitungsrichtungen durch das optische Element beschränkte Licht in etwa eine Top- Hat-Verteilung aufweist, d.h. um die bevorzugte Ausbreitungsrichtung weist die Leuchtdichte lediglich eine geringe Winkelabhängigkeit auf und dann folgt ein steiler Abfall der Transmission. Die beschriebene Transmissionsabhängigkeit hat den Vorteil, dass ein Betrachter aus einer Vorzugsrichtung die Transmission homogen wahrnimmt und die Transmission für Betrachter aus Winkeln von z.B. mehr als 30° (dieser Winkel kann auch variiert werden, z.B. 10°, 20°, 25°, 40° oder 45°) stark vermindert ist.
[0049] In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Elements in der zweiten Alternative ist die Brechzahl des Materials des Substrates (mindestens zwischen zwei benachbarten Kammern K1 , K2, ...) und/oder die Brechzahl der Flüssigkeit F in den Kammern K1 , K2, ... zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbar, so dass die Brechzahlunterschiede an den entsprechenden Brechzahlgrenzen jeweils modulierbar sind, wodurch die besagte Einschränkung bzw. Beeinflussung der Ausbreitungsrichtungen variierbar ist.
[0050] Vorteilhafte Ausgestaltungen werden fernerhin derart erzeugt, dass jede opake Fläche 01 , 02, ... durch eine permanente Absorberschicht und/ oder durch mindestens eine nach unten spiegelnde Schicht ausgebildet ist. Wenn hier nur eine spiegelnde Schicht vorhanden ist, was im Rahmen der Erfindung möglich ist, so hat diese selbstredend ebenfalls opake Eigenschaften. Die spiegelnden Eigenschaften tragen dazu bei, die Effizienz zu erhöhen, etwa wenn ein erfindungsgemäßes optisches Element in einer Beleuchtungseinrichtung, beispielsweise für ein LCD-Panel, eingebaut wird.
[0051] Vorteilhaft kann das optische Element mit einem Polarisator kombiniert werden, der das transmittierte Licht linear parallel zu der bevorzugten Sichtschutzrichtung polarisiert.
[0052] In beiden Alternativen des optischen Elements ist es möglich, dass das Substrat S das Decksubstrat eines OLED, microLED oder LCD-Panels bildet, welches jeweils über Pixel oder Subpixel verfügt. Alternativ kann das Substrat S auf besagtes Decksubstrat aufgebracht oder davor positioniert sein. [0053] Vorteilhaft gilt hierbei für die erste Alternative, dass jeweils die Flächenmitte jedes Bereichs zwischen umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... und/oder opaken Flächen 01 , 02, ... bei senkrechter Projektion auf das Substrat S mit einer Toleranz von höchstens 20% der Breite eines jeden solchen Bereichs vor dem Mittelpunkt eines besagten Pixels oder Subpixels des jeweiligen Panels gelegen ist.
[0054] Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass jeweils die Flächenmitte jedes Bereichs zwischen umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... und/oder opaken Flächen 01 , 02, ... bei senkrechter Projektion auf das Substrat S jeweils leicht versetzt so vor dem Mittelpunkt eines besagten Pixels oder Subpixels des jeweiligen Panels gelegen ist, dass die gedanklichen Verbindungslinien der jeweiligen Flächenmitten der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... mit denen von opaken Flächen 01 , 02, ... mit einer Toleranz von maximal 15° auf einen Betrachter zeigen. Somit würde das im ersten Zustand des optischen Elements transmittierte Licht auf einen Betrachter hin fokussiert werden.
[0055] Auch Variationen der Flächengrößen der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... und/oder der opaken Flächen 01 , 02, ... sind möglich, um die Transmissionseigenschaften des optischen Elements weiter einzustellen.
[0056] In diesem Sinne können in der zweiten Alternative beispielsweise die oberen Flächen der Kammern kleiner sein als die unteren Flächen der Kammern, welche in der Regel den opaken Flächen 01 , 02, ... entsprechen. Damit kann die Transmission auf einen Betrachter hin fokussiert werden.
[0057] Ferner ist es in beiden Alternativen des optischen Elements möglich, dass die opaken Flächen 01 , 02, ... in Betrachtungsrichtung eines Betrachters an oder nahe der Großfläche hinter dem Substrat S angeordnet und an ihrer dem Betrachter abgewandten Seite verspiegelt oder teilverspiegelt sind.
[0058] Ein weiterer Teil der Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst von einer Beleuchtungseinrichtung für einen Bildschirm, der in einem ersten Zustand für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einem zweiten Zustand für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung, die Licht in einen uneingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, sowie ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung gelegenes optisches Element, wie vorstehend beschrieben. [0059] Die hier zum Einsatz kommende Hintergrundbeleuchtung strahlt bevorzugt Licht in einen uneingeschränkten Winkelbereich ab. Es ist aber auch möglich, dass die Hintergrundbeleuchtung eine gewisse Vorfokussierung aufweist, beispielsweise indem sie horizontal nicht mehr als 10% oder 20% der Peakhelligkeit in einen (horizontal gemessenen) Winkelbereich über 30° oder 45° abstrahlt.
[0060] Eine solche Beleuchtungseinrichtung kommt vorteilhaft mit einer in Betrachtungsrichtung vor dem optischen Element angeordneten, transmissiven Bildwiedergabeeinheit zum Einsatz, um einen Bildschirm, der in einem ersten Zustand für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einem zweiten Zustand für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann, zu erhalten, weil das Licht der Beleuchtungseinrichtung aufgrund des optischen Elements einmal in den Ausbreitungsrichtungen beschränkt, mithin also fokussiert (erster Zustand) und einmal nicht fokussiert wird (zweiter Zustand).
[0061] Der letzte Teil der Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst von einem Bildschirm, der in einem ersten Zustand für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einem zweiten Zustand für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend ein optisches Element wie vorstehend beschrieben, und eine dem optischen Element von einem Betrachter aus gesehen vor- oder nachgeordnete Bildwiedergabeeinheit.
[0062] Bei der Bildwiedergabeeinheit handelt es sich beispielsweise um ein OLED-Dis- play, ein LCD, ein SED, ein FED, in microLED-Display oder ein VFD. Da das optische Element unabhängig von der Art der Bildwiedergabeeinheit wirksam ist, kommen jedwede andere Bildschirmtypen ebenso in Frage.
[0063] Besonders vorteilhaft findet die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einem Bildschirm wie auch der erfindungsgemäße Bildschirm Verwendung in einem Fahrzeug zur wahlweisen Darstellung von Bildinhalten lediglich für den Beifahrer im ersten Zustand bzw. gleichzeitig für den Fahrer und den Beifahrer im zweiten Zustand. Ersteres ist z.B. hilfreich, wenn der Beifahrer sich Unterhaltungsinhalte anschaut, die den Fahrer ablenken könnten.
[0064] Weitere Verwendung findet die Erfindung bei der Eingabe oder Anzeige von vertraulichen Daten, beispielweise von PIN-Geheimnummern, E-Mails, SMS oder Passwörtern, an Geldautomaten, Zahlungsterminals oder mobilen Geräten. [0065] Weiterhin können die gewünschten eingeschränkten Ausbreitungsrichtung für den ersten Zustand für eine eingeschränkte Sicht jeweils für die horizontale und vertikale Richtung unabhängig voneinander definiert und umgesetzt werden. Beispielsweise könnte in der vertikalen Richtung ein größerer Winkel (oder ggf. gar keine Einschränkung) sinnvoll sein als in der horizontalen Richtung, etwa wenn bei Geldautomaten Personen mit unterschiedlicher Größe ein Bild sehen sollen, während der Seiteneinblick stark oder komplett eingeschränkt bleiben soll. Für POS-Zahlterminals sind hingegen auf Grund von Sicherheitsbestimmungen oftmals Sichteinschränkungen im ersten Zustand sowohl in horizontaler als in vertikaler Richtung notwendig.
[0066] Grundsätzlich bleibt die Leistungsfähigkeit der Erfindung erhalten, wenn die vorbeschriebenen Parameter in bestimmten Grenzen variiert werden.
[0067] 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
[0068] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Es zeigen: [0069] Fig. 1 a eine Prinzipskizze zu einer ersten Ausgestaltung eines optischen Elements in einer ersten Alternative,
[0070] Fig. 1 b eine Prinzipskizze zu einer zweiten Ausgestaltung eines optischen Elements in der ersten Alternative,
[0071] Fig. 2 eine Prinzipskizze zu einer dritten Ausgestaltung eines optischen Elements in der ersten Alternative,
[0072] Fig. 3 eine Prinzipskizze zu einer ersten Ausgestaltung eines optischen Elements in einer zweiten Alternative,
[0073] Fig. 4 eine Prinzipskizze zu einer zweiten Ausgestaltung eines optischen Elements in der zweiten Alternative,
[0074] Fig. 5 eine Prinzipskizze zur Variation der Positionierung von umschaltbaren Flächen gegenüber opaken Flächen in der ersten Alternative eines optischen Elements,
[0075] Fig. 6 eine Prinzipskizze zu einer ersten Variation der Flächengrößen der umschaltbaren Flächen gegenüber den opaken Flächen in der ersten Alternative eines optischen Elements,
[0076] Fig. 7 eine Prinzipskizze zu einer zweiten Variation der Flächengrößen der umschaltbaren Flächen gegenüber den opaken Flächen in der ersten Alternative eines optischen Elements,
[0077] Fig. 8 eine Prinzipskizze zu einer Variation der Flächengrößen von oberen Flächen der Kammern gegenüber den opaken Flächen in der zweiten Alternative eines optischen Elements,
[0078] Fig. 9 eine Prinzipskizze einer Beleuchtungseinrichtung für einen Bildschirm mit einem optischen Element, sowie
[0079] Fig. 10 eine Prinzipskizze eines Bildschirms, der in einem ersten Zustand für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einem zweiten Zustand für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann, mit einem optischen Element. [0080] Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen wieder.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
[0081] In Fig. 1 a ist eine Prinzipskizze zu einer ersten Ausgestaltung eines optischen Elements 1 in der ersten Alternative dargestellt.
[0082] Darin ist links von der gestrichelten vertikalen Linie der zweite und rechts davon der erste Zustand eines beispielhaften optischen Elements 1 gezeigt. Dieses umfasst:
(i) ein im Wesentlichen plattenförmiges Substrat S mit einer ersten (unten) und einer zweiten Großfläche (oben), wobei hier die erste Großfläche als Lichteintrittsfläche und die andere als Lichtaustrittsfläche für auf das optische Element einfallendes Licht wirkt,
(ii) eine Vielzahl von (permanent) opaken Flächen 01 , 02, ... nahe oder auf der ersten Großfläche, (iii) in einer ersten Alternative eine Vielzahl von zwischen einem opaken und einem transparenten Zustand umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... nahe oder auf der zweiten Großfläche, (iv) so dass in einem ersten Zustand, in welchem in der ersten Alternative die umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... im opaken Zustand sind, das optische Element 1 Licht, welches auf die Lichteintrittsfläche auftritt, in seinen Ausbreitungsrichtungen einschränkt, (v) und so dass in einem zweiten Zustand, in welchem in der ersten Alternative die umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... im transparenten Zustand sind, das optische Element 1 Licht, welches auf die Lichteintrittsfläche auftritt, in seinen Ausbreitungsrichtungen nicht einschränkt, sondern lediglich aufgrund der opaken Flächen 01 , 02, ... einen Teil des Lichtes nicht transmittiert.
[0083] Im ersten Zustand wird durch das Zusammenspiel der dann opak geschalteten umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... mit den permanent opaken Flächen 01 , 02, ... die besagte Einschränkung der Ausbreitungsrichtungen erzielt, wie es rechts im Bild in Fig.1 illustriert ist. Hinreichend schräge Lichtstrahlen, welche die Zwischenräume zwischen opaken Flächen 01 , 02, ... passieren und in das Substrat S eindringen, werden von den opak geschalteten umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... absorbiert. Lichtstrahlen, die sich hingegen innerhalb eines eingeschränkten Winkelbereichs ausbreiten, passieren die transparenten Zwischenräume zwischen den opaken Flächen 01 , 02, ..., so dass durch das optische Element 1 hindurchdringendes Licht in seinen Ausbreitungsrichtungen eingeschränkt ist. Die Form und Anordnung der jeweiligen permanent opaken Flächen 01 , 02, ... und der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... sowie weitere Parameter wie die Brechzahl des transparenten Substrates S und dessen Dicke bestimmen dabei, in welchem Ausmaß die Einschränkung der Ausbreitungsrichtungen stattfindet, insbesondere, Licht welcher Winkel in welche Richtungen transmittiert wird, und ob die besagte Einschränkung der Ausbreitungsrichtungen nur in einer (z.B. horizontal) oder in mehreren Ebenen (z.B. horizontal und vertikal) stattfindet.
[0084] Weiterhin besteht in der ersten Alternative im ersten Zustand des optischen Elements 1 in der Regel jeweils in diejenige Richtung bzw. in diejenigen Richtungen eine maximale Transmission, welche parallel zu den (gedachten) Verbindungslinien der Flächenmitten der jeweiligen Zwischenfläche zwischen jeweils zwei schaltbaren Flächen S1 , S2, ... und der jeweiligen Flächenmitte der Zwischenfläche zwischen den nächstliegenden (permanent) opaken Flächen 01 , 02, ... liegen.
[0085] Im zweiten Zustand, wenn die umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... transparent geschaltet sind, können grundsätzlich alle Lichtstrahlen, welche zwischen permanent opaken Flächen 01 , 02, ... in das Substrat S eindringen, auch wieder an der zweiten Großfläche des Substrates S aus diesem austreten. Es tritt dabei keine Einschränkung der Ausbreitungsrichtungen auf. Lediglich die Lichtstrahlen, welche von unten her auf die permanent opaken Flächen 01 , 02, ... treffen und nicht transmittiert werden, können nicht aus der zweiten Großfläche des Substrates S austreten. Allerdings ist es auch möglich, dass die permanent opaken Flächen 01 , 02, ... von unten her verspiegelt sind, so dass darauf einfallendes Licht reflektiert wird und gegebenenfalls recycelt werden kann, etwa, wenn eine Hintergrundbeleuchtung, z.B. mit einem Lichtleiter, darunter befindlich ist.
[0086] Der Lichtweg durch das optische Element 1 ist in Fig.1 a (wie auch in den nachfolgenden Zeichnungen bis einschließlich Fig.5) durch die von unten einfallenden Lichtstrahlen stilisiert dargestellt. Dabei handelt es sich um wenige ausgewählte denkbare Lichtstrahlen, wobei in der Realität eine ganze Vielzahl von Lichtstrahlen vorhanden ist.
[0087] Bevorzugt gilt, dass die winkelabhängige Transmission im zweiten Zustand mehr als 30%, bevorzugt mehr als 50%, und im ersten Zustand weniger als 5%, bevorzugt weniger als 3%, besonders bevorzugt weniger als 2%, beträgt, in einem Winkelbereich von mehr als 30° (dieser Winkel kann auch variiert werden, z.B. 10°, 20°, 25°, 40° oder 45°) bezogen auf eine Flächennormale der zweiten Großfläche des Substrats S und gemessen in eine wählbare Richtung senkrecht zu einer Längsausdehnung des Substrates S, vorzugsweise gemessen in horizontale Richtung. Im ersten Zustand sind also -bis auf einen geringen Restanteil- die Ausbreitungsrichtungen des das optische Element 1 durchdringenden Lichtes deutlich beschränkt.
[0088] Die (permanent) opaken Flächen 01 , 02, ... sind bevorzugt streifenförmig ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass die opaken Flächen 01 , 02, ... über die (oder nahe der) gesamte(n) erste(n) Großfläche in einem zweidimensionalen Muster (z.B. ein gitterförmiges Muster), das periodisch oder nicht periodisch sein kann, verteilt sind. Entsprechend sind auch in der ersten Alternative die schaltbare Flächen S1 , S2, ... streifenförmig, wenn die opaken Flächen 01 , 02, ... streifenförmig sind. Ansonsten weisen die schaltbaren Flächen S1 , S2, ... ähnliche oder äquivalente Formen wie die opaken Flächen 01 , 02, ... auf.
[0089] Die Fig.1 b zeigt eine Prinzipskizze zu einer zweiten Ausgestaltung eines optischen Elements 1 in der ersten Alternative. Diese ist derart umgesetzt, dass in der ersten Alternative die umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... Fluidkammern R umfassen, welche jeweils eine Flüssigkeit F enthalten, wobei die Flüssigkeit F bis zu 30 Volumenprozent, bevorzugt bis zu 20 Volumenprozent, elektrophoretisch oder magnetophoretisch bewegbarer Partikel P enthält, welche Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche absorbieren, wobei ferner flächenförmig an einer oder mehreren Seiten der Fluidkammern R ausgebildete elektromagnetische Schaltmittel ausgebildet sind, welche in einem eingeschalteten Zustand ein in den Fluidkammern R wirksames elektromagnetisches Feld erzeugen, wodurch die Partikel P in der Flüssigkeit bewegt werden, so dass die Position und/oder Ausrichtung der Partikel zwischen mindestens den zwei besagten Zuständen umschaltbar ist, welche die besagten opaken und transparenten Zustände der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... erzeugen. Im Falle des ersten Zustandes, wie rechts in Fig.1 b dargestellt, sind bevorzugt die Partikel P über möglichst die gesamte Fläche der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... verteilt, während im zweiten Zustand die Partikel P in einem oder mehreren möglichst kleinen Volumen konglomeriert sind, wie in Fig.1 b links gezeigt, um einen möglichst großflächigen Bereich der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... nicht zu bedecken.
[0090] Die eine oder mehreren Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche, in denen die elektrophoretisch oder magnetophoretisch bewegbaren Partikel P Licht absorbieren, lie- gen bevorzugt im sichtbaren Spektrum und decken dieses besonders bevorzugt im Wesentlichen komplett ab. Sie können aber für besondere Zwecke auch außerhalb des sichtbaren Spektrums liegen, etwa wenn UV- bzw. IR-Licht beeinflusst werden soll, z.B. für Zwecke der Messtechnik.
[0091] Die flächenförmig an einer oder mehreren Seiten der Fluidkammern R im Substrat S ausgebildeten elektromagnetischen Schaltmittel sind beispielsweise an den Schmalseiten oder an Großflächen der jeweiligen Fluidkammern R angeordnet. Sie sind zeichnerisch nicht dargestellt. Es ist z.B. auch möglich, diese Elektroden streifenweise und mit im zweiten Zustand periodisch abwechselnder Polung an einer Großfläche mindestens einer Fluidkammer R anzuordnen, während auf der gegenüberliegenden Großfläche eine flächenhafte Elektrode angeordnet ist, die je nach Zustand mit angesteuert wird.
[0092] Bei den Partikeln P handelt es sich beispielsweise um Nanopartikel, Quantenpunkte und/ oder Farbstoffe. Diese weisen eine räumliche Ausdehnung von maximal 200 nm, bevorzugt von maximal 100 nm, besonders bevorzugt von maximal 50 nm auf. Mit räumlicher Ausdehnung ist hier die maximale Ausdehnung im dreidimensionalen Raum oder aber der hydrodynamische Radius gemeint, je nach dem, was größer ist. Bei kugelförmigen Partikeln P ist das also der Durchmesser. Bei schnurförmigen Partikeln ist das der größtmögliche Abstand, den zwei Punkte auf der Oberfläche des Partikels P jeweils voneinander aufweisen können.
[0093] Die Flüssigkeit F kann polar oder unpolar sein. Sie kann ferner zum Beispiel aus Wasser, Öl, Toluol oder Formaldehyd bestehen, auch versetzt mit einem 10 Vol.-%igen Ferrofluid und/oder Elektrolyten. Andere Ausgestaltungen sind im Rahmen der Erfindung denkbar.
[0094] Weiterhin sind entweder die Partikel P elektrisch geladen und die elektromagnetischen Schaltmittel als Elektroden zur Erzeugung eines statischen oder dynamischen elektrischen Feldes ausgebildet, oder die Partikel P sind magnetisch und die elektromagnetischen Schaltmittel sind als elektromagnetische Schichten zur Erzeugung eines statischen oder dynamischen Magnetfeldes ausgebildet, so dass sich die elektromagnetischen Partikel P im elektrischen oder magnetischen Feld in der Flüssigkeit F bewegen. [0095] Beispielhaft können die Fluidkammern R in einer Ebene parallel zur Hauptausbreitungsrichtung des Substrates S zwischen 2 pm und 50 pm breit (Abstand Längsseite zu Längsseite einer Fluidkammer) und jeweils minimal 10 pm und 150 pm voneinander beabstandet (Abstand Längsseite zu nächstbenachbarter Längsseite der nächstbenachbarten Fluidkammer) sein. Die Tiefe einer Fluidkammer kann einige bis etwa 50 pm betragen. Andere als die hier beschriebenen Werte sind jedoch explizit möglich.
[0096] Außerdem können die umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... in mindestens zwei Gruppen unterteilt sein, welche jeweils unabhängig voneinander umschaltbar sind, so dass eine lokale Umschaltbarkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand auf dem optischen Element 1 ermöglicht wird.
[0097] In Fig. 2 ist eine Prinzipskizze zu einer dritten Ausgestaltung eines optischen Elements 1 in der ersten Alternative dargestellt. Darin ist links von der gestrichelten vertikalen Linie der zweite und rechts davon der erste Zustand eines beispielhaften optischen Elements 1 gezeigt. Auch hier kommen wieder absorbierende Partikel P zum Einsatz, wie bereits zu Fig.1 b beschrieben. Der wesentliche Unterschied ist hier, dass die Elektroden derart ausgebildet sind, dass im zweiten Zustand die Partikel P auf möglichst nur einem möglichst kleinen Volumen innerhalb einer Fluidkammer R konzentriert werden. Dies kann umgesetzt werden, indem z.B. an den rechten Schmalseiten der Fluidkammern R Elektroden, die im zweiten Zustand so angesteuert werden, dass sich die Partikel P dorthin bewegen, angeordnet sind.
[0098] In der ersten Alternative des optischen Elements 1 kann dieses weiterhin Mittel zur Unterdrückung von sich im Substrat S ausbreitenden Lichtstrahlen umfassen, welche entweder von einem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten opaken Flächen 01 , 02 oder im opaken transparenten Zustand der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... von einem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten umschaltbaren Flächen S1 , S2 in das Substrat S eindringen und auf die jeweils nicht nächstbenachbarten Zwischenräume zwischen entsprechend umschaltbaren Flächen S3, S4 bzw. opaken Flächen 03, 04 auf der jeweils gegenüberliegenden Großfläche des Substrates S gerichtet sind. Besagte Mittel können beispielsweise dadurch ausgebildet werden, dass aufgrund einer geeigneten Wahl der Brechzahl des Substrates S im Vergleich zur Brechzahl des das Substrat umgebenden Mediums das Verlassen des Substrates für bestimmte Lichtstrahlen unter festlegbaren Winkeln aufgrund von Totalreflexion nicht möglich ist. [0099] Alternativ könnten besagte Mittel jeweils dadurch gebildet sein, dass zwischen einigen oder allen opaken Flächen 01 , 02, ... Absorber im Substrat S eingelassen sind, welche im Wesentlichen jeweils von der ersten zur zweiten Großfläche des Substrates reichen und in etwa senkrecht zu einer der Großflächen ausgerichtet sind. Außerdem könnten besagte Mittel umgesetzt werden, indem die Dicke der opaken Flächen 01 , 02, ... und/oder der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... geeignet gewählt wird. Mehrere der vorgenannten Maßnahmen zur Umsetzung der besagten Mittel können auch miteinander kombiniert werden.
[0100] Des Weiteren gibt Fig.3 eine Prinzipskizze zu einer ersten Ausgestaltung eines optischen Elements 1 in der zweiten Alternative wieder. In dieser umfasst ein optisches Element (i) ein im Wesentlichen plattenförmiges Substrat S mit einer ersten (unten) und einer zweiten Großfläche (oben), wobei in diesem Beispiel die erste Großfläche als Lichteintrittsfläche und die andere als Lichtaustrittsfläche für auf das optische Element einfallendes Licht wirkt, (ii) eine Vielzahl von opaken Flächen 01 , 02, ... nahe oder auf der ersten Großfläche, (iii) in dieser zweiten Alternative eine Vielzahl von Kammern K1 , K2, ... im Substrat S, die mit einer Flüssigkeit F gefüllt sind, wobei die Flüssigkeit F bis zu 30 Volumenprozent, bevorzugt bis zu 20 Volumenprozent, elektrophoretisch oder mag- netophoretisch bewegbarer Partikel P enthält, welche Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche absorbieren und welche durch ein veränderliches elektromagnetisches Feld in mindestens zwei verschiedenen Zuständen innerhalb der jeweiligen Kammer K1 , K2, ... lokalisiert werden können, (iv) so dass in einem ersten Zustand, in welchem sich in dieser zweiten Alternative mehr als die Hälfte aller Partikel P, besonders bevorzugt mehr als 90% aller Partikel P, in derjenigen Hälfte, bevorzugt in demjenigen Drittel, der entsprechenden Kammer K1 , K2, ... befinden, welche bzw. welches der ersten Großfläche abgewandt ist, das optische Element 1 Licht, welches auf die Lichteintrittsfläche auftritt, in seinen Ausbreitungsrichtungen einschränkt, (v) und so dass in einem zweiten Zustand, in welchem sich in dieser zweiten Alternative mehr als die Hälfte aller Partikel P, besonders bevorzugt mehr als 90% aller Partikel P, in derjenigen Hälfte der entsprechenden Kammer K1 , K2, ... befinden, welche der ersten Großfläche zugewandt ist, das optische Element 1 Licht, welches auf die Lichteintrittsfläche auftritt, in seinen Ausbreitungsrichtungen nicht einschränkt, sondern lediglich aufgrund der opaken Flächen 01 , 02, ... einen Teil des Lichtes nicht transmittiert. [0101] Es gelten hier sinngemäß die oben beschriebenen Ausführungen zu den elektrophoretisch bzw. magnetophoretisch bewegbaren Partikeln P, welche hier aus Redundanzgründen nicht wiederholt werden sollen. Zur besseren Unterscheidbarkeit der ersten und zweiten Alternative werden in der zweiten Alternative die dort vorhandenen, mit einer Flüssigkeit F gefüllten Kammern K1 , K2, ... als „Kammern“ bezeichnet, obwohl sie in der Tat ebenso Fluidkammern entsprechen. Außerdem gelten die zu Fig.1 a etc. gegebenen Erklärungen hinsichtlich der Einschränkungen der Ausbreitungsrichtungen von Licht analog, was auch in Fig.3 durch die von unten einfallenden Lichtstrahlen symbolisiert wird.
[0102] In der zweiten Alternative des optischen Elements 1 gilt bevorzugt, dass jeweils eine Kammer K1 , K2, ... in Projektionsrichtung senkrecht zum Substrat S oberhalb einer opaken Fläche 01 , 02, ... liegt und die Grundflächenform einer solchen Kammer K1 , K2, ... in etwa der Form einer solchen opaken Fläche 01 , 02, ... entspricht. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn in der zweiten Alternative flächenförmig an einer oder mehreren Seiten der Kammern K1 , K2, ... ausgebildete elektromagnetische Schaltmittel ausgebildet sind, welche in einem eingeschalteten Zustand ein in den Kammern K1 , K2, ... wirksames elektromagnetisches Feld erzeugen, wodurch die Partikel P in der Flüssigkeit bewegt werden, so dass die Position und/oder Ausrichtung der Partikel P zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbar ist, welche die besagten mindestens zwei Zustände des optischen Elements erzeugen. Die besagten elektromagnetischen Schaltmittel sind bevorzugt Elektroden, wobei mindestens die Elektroden an der zweiten Großfläche (wenigstens teilweise) transparent sind. Die Elektroden an der ersten Großfläche sind an oder in der Nähe der opaken Flächen 01 , 02, ... angeordnet, oder können diesen sogar entsprechen, falls es sich um opake Elektroden handelt.
[0103] Was die Dimensionen der Kammern K1 , K2, ... in der zweiten Alternative anbelangt, so wird auf die weiter oben gegebenen Ausgestaltungsvarianten der Fluidkammern R für die erste Alternative des optischen Elements hingewiesen. Jedoch kann insbesondere die Tiefe einer solchen Kammer K1 , K2, ... auch größer als 50 pm sein, beispielsweise 100 pm.
[0104] Auch die allgemeinen Ausgestaltungshinweise zur Flüssigkeit F und den Partikeln P, wie sie weiter vorn zur ersten Alternative gegeben worden sind, können sinngemäß auch für die zweite Alternative angewendet werden, was eine Wiederholung der Beschreibung hier redundant macht. Ein wesentlicher Unterschied in den Ausgestaltungen gemäß der ersten und der zweiten Alternative besteht darin, dass in der ersten Alternative die Partikel P die jeweilige schaltbare Fläche S1 , S2, ... in einem Zustand flächig opak und in dem anderen Zustand möglichst transparent schalten, die Partikel P also eher in der Horizontalen bewegt werden, während in der zweiten Alternative die Partikel P zwischen den beiden Zuständen eher in der Vertikalen bewegt werden, um jeweils um Zusammenspiel mit den opaken Flächen 01 , 02, ... die gewünschte Beeinflussung der Lichtausbreitungsrichtungen zu erzielen oder zu vermeiden.
[0105] Für das optische Element 1 in der zweiten Alternative gilt im ersten Zustand, dass sich mindestens vier Fünftel, besonders bevorzugt mehr als neun Zehntel aller Partikel P in demjenigen Drittel, bevorzugt demjenigen Viertel, der entsprechenden Kammer K1 , K2, ... befinden, welches sich am nächsten an der zweiten Großfläche des Substrats S befindet.
[0106] Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des optischen Elements 1 in der zweiten Alternative besteht darin, dass die Zwischenräume im Substrat S zwischen jeweils nächstbenachbarten Kammern K1 , K2, ... einen höheren Brechungsindex aufweisen als die Flüssigkeit F in den Kammern K1 , K2, ... wobei dies mindestens für eine Wellenlänge im sichtbaren Bereich gilt, bevorzugt jedoch für alle Wellenlängen im Bereich 400 nm bis 800 nm. Dies ist in Fig.4 als eine Prinzipskizze zu einer zweiten Ausgestaltung eines optischen Elements 1 in der zweiten Alternative gezeigt.
[0107] Hiermit wird erreicht, dass zum Beispiel an der ersten Großfläche auf das optische Element 1 auftreffendes Licht aufgrund der opaken Schichten 01 , 02, ... ausschließlich durch die Oberflächenanteile der ersten Großfläche zwischen den opaken Schichten 01 , 02, in das optische Element einfällt und dort je nach Einfallsrichtung, Polarisation und vorgenanntem Brechzahlunterschied a) zwischen zwei Kammern K1 , K2, ... totalreflektiert und hernach an der oberen Oberfläche (hier also an der zweiten Großfläche) des entsprechenden Bereiches des Substrates S wieder ausgekoppelt wird (Fall a), oder b) die Brechzahlgrenze vom Substratmaterial zur Flüssigkeit F überwindet und in die angrenzende Kammer mit der Flüssigkeit F einfällt, in dieser propagiert und schließlich an deren oberer Seite aufgrund der Partikel P im ersten Zustand absorbiert wird, oder ausgekoppelt wird, wenn der zweite Zustand vorliegt (Fall b), oder c) nach Überwinden der Brechzahlgrenze vom Substratmaterial zur Flüssigkeit F wiederum die nächste Brechzahlgrenze von der Flüssigkeit F zum nächstbenachbarten Substratmaterial überwindet und je nach dann gegebener Ausbreitungsrichtung und Polarisation ausgekoppelt wird oder weiter im ersten optischen Element propagiert, bis es entweder -je nach Zustand des optischen Elements 1 - ausgekoppelt oder absorbiert wird (Fall c) , oder d) in beiden Zuständen das Substrat S zwischen zwei Kammern K1 , K2 ohne Totalreflexion durchquert und an der zweiten Großfläche wieder aus dem optischen Element ausgekoppelt wird (Fall d). Es müssen in einer physischen Umsetzung der Erfindung dieser Ausprägung ausdrücklich nicht immer alle Fälle a) bis d) vorkommen. Beispielsweise ist es möglich, dass die Fälle c) nicht auftreten, wie hier in Fig.4 gezeigt. Dort wurden jeweils ausgewählte Strahlen für die Fälle a), b) und d) markiert. Diese Beschreibung gilt analog für den Fall, dass Licht über die zweite Großfläche auf das optische Element 1 auftrifft, denn der Lichtweg ist umkehrbar.
[0108] Der besagte und vorstehend in seiner Wirkung definierte Unterschied des Bre- chungsdindex kann grundsätzlich auch für die erste Alternative des optischen Elements angewendet werden, welche beispielhaft in drei Ausgestaltungen anhand der Zeichnungen Fig.1 a, 1 b und 2 erläutert worden ist: Dann nämlich würden anstelle der Kammern K1 , K2, ... der zweiten Alternative nunmehr diejenigen Volumenbereiche des Substrates S in der der ersten Alternative einen niedrigen Brechungsindex aufweisen als die sie umgebenden Volumenbereiche des Substrates S, welche sich zwischen jeweils einer opaken Fläche 01 , ... und der jeweils nächstliegenden umschaltbaren Fläche S1 , ... befinden. Somit können auch dort grundsätzlich die Fälle a) bis d) oder Auswahlen davon erzeugt werden.
[0109] Der Vorteil dieser zweiten Ausgestaltung der zweiten Alternative ist, dass das im ersten Zustand in seinen Ausbreitungsrichtungen durch das optische Element 1 beschränkte Licht in etwa eine Top-Hat-Verteilung aufweist, d.h. um die bevorzugte Ausbreitungsrichtung herum weist die Leuchtdichte lediglich eine geringe Winkelabhängigkeit auf und dann folgt ein steiler Abfall der Transmission. Die beschriebene Transmissionsabhängigkeit hat den Vorteil, dass ein Betrachter aus einer Vorzugsrichtung die Transmission homogen wahrnimmt und die Transmission für Betrachter aus Winkeln von z.B. mehr als 30° (dieser Winkel kann auch variiert werden, z.B. 10°, 20°, 25°, 40° oder 45°) stark vermindert ist.
[0110] Vorteilhafte Ausgestaltungen werden fernerhin derart erzeugt, dass jede opake Fläche 01 , 02, ... durch eine permanente Absorberschicht und/ oder durch mindestens eine nach unten hin spiegelnde Schicht ausgebildet ist. Wenn hier nur eine spiegelnde Schicht vorhanden ist, was im Rahmen der Erfindung möglich ist, so hat diese selbstredend ebenfalls opake Eigenschaften. Die spiegelnden Eigenschaften tragen dazu bei, die Effizienz zu erhöhen, etwa wenn ein optisches Element 1 in einer Beleuchtungseinrichtung, etwa für ein LCD-Panel, eingebaut wird.
[011 1] In beiden Alternativen des optischen Elements ist es möglich, dass das Substrat S das Decksubstrat eines OLED, microLED oder LCD-Panels bildet, welches jeweils über Pixel oder Subpixel verfügt. Alternativ kann das Substrat S auf besagtes Decksubstrat aufgebracht oder davor positioniert sein.
[0112] Vorteilhaft gilt hierbei für die erste Alternative, dass jeweils die Flächenmitte jedes Bereichs zwischen umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... und/oder opaken Flächen 01 , 02, ... bei senkrechter Projektion auf das Substrat S mit einer Toleranz von höchstens 20% der Breite eines jeden solchen Bereichs vor dem Mittelpunkt eines besagten Pixels oder Subpixels des jeweiligen Panels gelegen ist.
[0113] Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass jeweils die Flächenmitte jedes Bereichs zwischen umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... und/oder opaken Flächen 01 , 02, ... bei senkrechter Projektion auf das Substrat S jeweils leicht versetzt so vor dem Mittelpunkt eines besagten Pixels oder Subpixels des jeweiligen Panels gelegen ist, dass die gedanklichen Verbindungslinien der jeweiligen Flächenmitten der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... mit denen von opaken Flächen 01 , 02, ... mit einer Toleranz von maximal 15° auf einen Betrachter B zeigen (zumindest hinsichtlich einer Ebene, beispielsweise eine Ebene senkrecht zur zweiten Großfläche des Substrates S, welche gedanklich beide Augen des Betrachters B schneidet). Somit würde das im ersten Zustand des optischen Elements 1 transmittierte Licht auf einen Betrachter B hin fokussiert werden. Dies ist in Fig.5 stark vereinfacht dargestellt. Für eine geeignete Dimensionierung muss hier entsprechend der Strahlensatz angewendet werden. In der Realität würden dann selbstredend nicht allein sechs opake Flächen 01 , 02, ... und sechs umschaltbare Flächen S1 ,S2, ... zum Einsatz kommen, sondern jeweils eine Vielzahl davon.
[0114] Auch Variationen der Flächengrößen der umschaltbaren Flächen S1 , S2, ... (siehe Fig.6) und/oder der opaken Flächen 01 , 02, ... (siehe Fig.7) sind möglich, um die Transmissionseigenschaften des optischen Elements 1 weiter zu beeinflussen. [0115] In diesem Sinne können in der zweiten Alternative beispielsweise die oberen Flächen der Kammern K1 , K2, ... kleiner sein als die unteren (Grund-)Flächen der Kammern K1 , K2, ..., wobei letztere in der Regel den opaken Flächen 01 , 02, ... entsprechen oder zu diesen kongruent sind. Damit wird die Transmission wiederum auf einen Betrachter B hin fokussiert. Dies ist stark vereinfacht in Fig.8 dargestellt.
[0116] Überdies gibt Fig.9 eine Prinzipskizze einer Beleuchtungseinrichtung für einen Bildschirm, der in einem ersten Zustand für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einem zweiten Zustand für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann, mit einem optischen Element 1 wieder. Diese umfasst eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung BLU, die Licht in einen uneingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, sowie ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung BLU gelegenes optisches Element 1 , wie vorstehend beschrieben.
[0117] Die hier zum Einsatz kommende Hintergrundbeleuchtung BLU strahlt bevorzugt Licht in einen uneingeschränkten Winkelbereich ab. Es ist aber auch möglich, dass die Hintergrundbeleuchtung BLU eine gewisse Vorfokussierung aufweist, beispielsweise indem sie horizontal nicht mehr als 10% oder 20% der Peakhelligkeit in (horizontal gemessenen) Winkelbereich über 30° oder 45° abstrahlt.
[0118] Eine solche Beleuchtungseinrichtung kommt vorteilhaft mit einer in Betrachtungsrichtung vor dem optischen Element 1 angeordneten, transmissiven Bildwiedergabeeinheit (wie z.B. ein LCD Panel) zum Einsatz, um einen Bildschirm, der in einem ersten Zustand für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einem zweiten Zustand für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann, zu erhalten, weil das Licht der Beleuchtungseinrichtung BLU aufgrund des optischen Elements 1 einmal in den Ausbreitungsrichtungen beschränkt, mithin also fokussiert (erster Zustand) und einmal nicht fokussiert wird (zweiter Zustand).
[0119] Schließlich zeigt Fig.10 eine Prinzipskizze eines Bildschirms, der in einem ersten Zustand für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einem zweiten Zustand für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann, mit einem optischen Element 1 . Ein solcher Bildschirm umfasst ein optisches Element 1 wie vorstehend beschrieben, und eine dem optischen Element 1 von einem Betrachter aus gesehen vor- oder nachgeordnete Bildwiedergabeeinheit 2 (in Fig.10 ist die Variante dargestellt, dass die Bildwiedergabeeinheit 2 nachgeordnet ist). [0120] Bei der Bildwiedergabeeinheit 2 handelt es sich beispielsweise um ein OLED- Display, ein LCD-Panel, ein SED-Panel, ein FED-Panel, in microLED-Display oder ein VFD. Da das optische Element 1 unabhängig von der Art der Bildwiedergabeeinheit 2 wirksam ist, kommen jedwede andere Typen an Bildwiedergabeeinheiten ebenso in Frage.
[0121] Im ersten Zustand des optischen Elements 1 ist dann ein eingeschränkter Sichtmodus und im zweiten Zustand des optischen Elements 1 ein freier Sichtmodus für den besagten Bildschirm gegeben.
[0122] Auf der Oberseite der Bildwiedergabeeinheit 2 können Mittel zur Reflexminderung oder -Steuerung, beispielsweise eine Antiglare- und / oder eine Antireflexbeschichtung, angeordnet sein.
[0123] Das vorstehend beschriebene optische Element, sowie die beschriebene Beleuchtungseinrichtung und der damit umsetzbare Bildschirm lösen die gestellten Aufgaben: Es wurde ein optisches Element beschrieben, welches die Transmission winkelabhängig beeinflussen kann, und welches zwischen mindestens zwei Zuständen umschalten kann. Das optische Element ist preiswert umsetzbar und insbesondere mit verschiedenartigen Bildschirmtypen universell verwendbar, um eine Umschaltung zwischen einem Sichtschutz- und einem freien Betrachtungsmodus zu ermöglichen. Außerdem wurden auf dem optischen Element basierende Bildschirme und Beleuchtungseinrichtungen für Bildschirme beschrieben.
[0124] Die vorangehend beschriebene Erfindung kann vorteilhaft überall da angewendet werden, wo vertrauliche Daten angezeigt und / oder eingegeben werden, wie etwa bei der PIN-Eingabe oder zur Datenanzeige an Geldautomaten oder Zahlungsterminals oder zur Passworteingabe oder beim Lesen von Emails auf mobilen Geräten. Die Erfindung kann -wie weiter oben beschrieben- auch im PKW angewendet werden. Bezugszeichenliste
1 Optisches Element
2 Bildwiedergabeeinheit
BLU Hintergrundbeleuchtung
F Flüssigkeit
K1 , K2,... Kammer
01 , 02,... opake Fläche P Partikel
R Fluidkammer
S Substrat
S1 , S2,... umschaltbare Fläche

Claims

Patentansprüche
1 . Optisches Element (1 ), umfassend ein im Wesentlichen platten- oder schalenförmiges Substrat (S) mit einer ersten und einer zweiten Großfläche, wobei eine der Großflächen als Lichteintrittsfläche und die andere als Lichtaustrittsfläche für auf das optische Element (1 ) einfallendes Licht wirkt, eine Vielzahl von opaken Flächen (01 , 02, ...) nahe oder auf der ersten Großfläche, in einer ersten Alternative eine Vielzahl von zwischen einem opaken und einem transparenten Zustand umschaltbaren Flächen (S1 , S2, ...) nahe oder auf der zweiten Großfläche, oder in einer zweiten Alternative eine Vielzahl von Kammern (K1 , K2, ...) im Substrat (S), die mit einer Flüssigkeit (F) gefüllt sind, wobei die Flüssigkeit (F) bis zu 30 Volumenprozent elektrophoretisch oder magnetophore- tisch bewegbarer Partikel (P) enthält, welche Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche absorbieren welche die durch ein veränderliches elektromagnetisches Feld in mindestens zwei verschiedenen Zuständen innerhalb der jeweiligen Kammer (K1 , K2, ...) lokalisiert werden können, wobei sich zwischen je zwei opaken Flächen (01 , 02, ...) und in der ersten Alternative zwischen je zwei schaltbaren Flächen (S1 , S2, ...) bzw. in der zweiten Alternative zwischen je zwei Kammern (K1 , K2, ...) jeweils eine transparente Zwischenfläche befindet, so dass das optische Element (1 ) in einem ersten Zustand, in welchem in der ersten Alternative die umschaltbaren Flächen (S1 , S2, ...) im opaken Zustand sind, und in welchem sich in der zweiten Alternative mehr als die Hälfte aller Partikel (P) in derjenigen Hälfte der entsprechenden Kammer (K1 , K2, ...) befinden, welche der ersten Großfläche abgewandt ist, Licht, welches auf die Lichteintrittsfläche auftritt, in seinen Ausbreitungsrichtungen einschränkt, wobei in diejenigen Richtungen eine maximale Transmission besteht, welche parallel zu Verbindungslinien von Flächenmitten der jeweiligen Zwischenfläche zwischen je zwei schaltbaren Flächen (S1 , S2, ...) und jeweiligen Flächenmitten der Zwischenflächen zwischen den nächstliegenden opaken Flächen (01 , 02, ...) in der ersten Alternative bzw. zwischen den nächstliegenden Kammern (K1 , K2, ...) in der zweiten Alternative liegen, und so dass das optische Element (1 ) in einem zweiten Zustand, in welchem in der ersten Alternative die umschaltbaren Flächen (S1 , S2, ...) im transparenten Zustand sind, und in welchem sich in der zweiten Alternative mehr als die Hälfte aller Partikel (P) in derjenigen Hälfte der entsprechenden Kammer (K1 , K2, ...) befinden, welche der ersten Großfläche zugewandt ist, Licht, welches auf die Lichteintrittsfläche auftritt, in seinen Ausbreitungsrichtungen nicht einschränkt, sondern lediglich aufgrund der opaken Flächen (01 , 02, ...) einen Teil des Lichtes nicht transmittiert. Optisches Element (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Alternative die umschaltbaren Flächen (S1 , S2, ...) mindestens eine elektro- chrome Schicht, eine LC-Zelle und/oder einen LC-Film mit dichroitischen Farbstoffen enthalten. Optisches Element (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Alternative die umschaltbaren Flächen (S1 , S2, ...) Fluidkammern (R) umfassen, welche eine Flüssigkeit (F) enthält, wobei die Flüssigkeit (F) bis zu 30 Volumenprozent elektrophoretisch oder magnetophoretisch bewegbarer Partikel (P) enthält, welche Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche absorbieren, wobei ferner flächenförmig an einer oder mehreren Seiten der Fluidkammern (R) ausgebildete elektromagnetische Schaltmittel ausgebildet sind, welche in einem eingeschalteten Zustand ein in den Fluidkammern (R) wirksames elektromagnetisches Feld erzeugen, wodurch die Partikel (P) in der Flüssigkeit bewegt werden, so dass die Position und/oder Ausrichtung der Partikel zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbar ist, welche die besagten opaken und transparenten Zustände der umschaltbaren Flächen (S1 , S2, ...) erzeugen. Optisches Element nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Alternative die umschaltbaren Flächen (S1 , S2, ...) in mindestens zwei Gruppen unterteilt sind, welche jeweils unabhängig voneinander umschaltbar sind, so dass eine lokale Umschaltbarkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand ermöglicht wird.
5. Optisches Element (1 ) in der ersten Alternative nach einem der vorgenannten Ansprüche, weiterhin umfassend Mittel zur Unterdrückung von sich im Substrat (S) ausbreitenden Lichtstrahlen, welche entweder von einem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten opaken Flächen (01 , 02) oder im opaken transparenten Zustand der umschaltbaren Flächen (S1 , S2, ...) von einem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten umschaltbaren Flächen (S1 , S2) in das Substrat (S) eindringen und auf die jeweils nicht nächstbenachbarten Zwischenräume zwischen entsprechend umschaltbaren Flächen bzw. opaken Flächen auf der jeweils gegenüberliegenden Großfläche des Substrates (S) gerichtet sind.
6. Optisches Element (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche in beiden Alternativen, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (S) das Decksubstrat eines OLED-, microLED- oder LCD-Panels ist, welches jeweils über Pixel oder Subpixel verfügt.
7. Optisches Element (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Alternative jeweils die Flächenmitte jedes Bereichs zwischen umschaltbaren Flächen (S1 , S2, ...) und/oder opaken Flächen (01 , 02, ...) bei senkrechter Projektion auf das Substrat (s) mit einer Toleranz von höchstens 20% der Breite eines jeden solchen Bereichs vor dem Mittelpunkt eines besagten Pixels oder Subpixels des jeweiligen Panels gelegen ist.
8. Optisches Element (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Alternativen die opaken Flächen (01 , 02, ...) in Betrachtungsrichtung eines Betrachters an oder nahe der Großfläche hinter dem Substrat (S) angeordnet und an ihrer einem Betrachter abgewandten Seite verspiegelt oder teilverspiegelt sind.
9. Optisches Element (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Alternative flächenförmig an einer oder mehreren Seiten der Kammern (K1 , K2, ...) ausgebildete elektromagnetische Schaltmittel ausgebildet sind, welche in einem eingeschalteten Zustand ein in den Kammern (K1 , K2, ...) wirksames elektromagnetisches Feld erzeugen, wodurch die Partikel (P) in der Flüssigkeit bewegt werden, so dass die Position und/oder Ausrichtung der Partikel (P) zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbar ist, welche die besagten mindestens zwei Zustände des optischen Elements (1 ) erzeugen.
10. Optisches Element (1 ) nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der zweiten Alternative im ersten Zustand mindestens vier Fünftel aller Partikel (P) in demjenigen Drittel der entsprechenden Kammer (K1 , K2, ...) befinden, welches sich am nächsten an der zweiten Großfläche des Substrats (S) befindet.
11 . Optisches Element (1 ) nach einem der Ansprüche 1 , 6, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Alternative die Zwischenräume zwischen jeweils nächstbenachbarten Kammern (K1 , K2, ...) einen höheren Brechungsindex aufweisen als die Flüssigkeit (F), wobei dies mindestens für eine Wellenlänge im sichtbaren Bereich gilt, bevorzugt jedoch für alle Wellenlängen im Bereich 400 nm bis 800 nm.
12. Optisches Element (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Alternative solche Bereiche, welche sich im Substrat (S) jeweils zwischen einer opaken Fläche (01 , O2, ...) und der dazu nächstbenachbarten umschaltbaren Fläche (S1 , S2, ...) befinden, einen geringeren Brechungsindex aufweisen als die zu diesen Bereichen komplementären Bereiche, wobei dies mindestens für eine Wellenlänge im sichtbaren Bereich gilt, bevorzugt jedoch für alle Wellenlängen im Bereich 400 nm bis 800 nm.
13. Beleuchtungseinrichtung für einen Bildschirm, der in einem ersten Zustand für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einem zweiten Zustand für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend
- eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (BLU), die Licht in einen uneingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, sowie
- ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (BLU) gelegenes optisches Element (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Bildschirm, der in einem ersten Zustand für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einem zweiten Zustand für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend
- ein optisches Element (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, und
- eine dem optischen Element (1 ) von einem Betrachter aus gesehen vor- oder nachgeordnete Bildwiedergabeeinheit (2).
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