DE102016005626A1

DE102016005626A1 - Schaltbare Beleuchtungseinrichtung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE102016005626A1
Application number: DE102016005626.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Klippstein; Jürgen Schwarz
Original assignee: SiOptica GmbH
Current assignee: SiOptica GmbH
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2036-05-05
Also published as: DE102016005626B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (1), die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (2), die in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegenes, plattenförmiges und transparentes optisches Element (3), und Leuchtmittel (4), die seitlich an Schmalseiten des optischen Elements (3) angeordnet sind, wobei das optische Element (3) als Lichtleiter ausgebildet ist, welcher aus einem thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff besteht, in dem besagten Lichtleiter homogen verteilte vorhanden sind, die besagten Streupartikel aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150–500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes (3) von 0.01–300 Gew.-ppm eingesetzt werden, der besagte Lichtleiter keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen aufweist und für das von der Hintergrundbeleuchtung (2) ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist, wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung (2) ein- und die Leuchtmittel (4) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel (4) eingeschaltet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
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.
Stand der Technik
Zusatzfolien, die auf Mikro-Lamellen basieren, wurden bereits für mobile Displays eingesetzt, um deren optischen Datenschutz zu erreichen. Allerdings waren diese Folien nicht (um)schaltbar, sie mussten immer erst per Hand aufgelegt und danach wieder entfernt werden. Auch muss man sie separat zum Display transportieren, wenn man sie nicht gerade braucht. Ein wesentlicher Nachteil des Einsatzes solcher Lamellen-Folien ist ferner mit den einhergehenden Lichtverlusten verbunden.
Die US 6,765,550 beschreibt einen solchen Sichtschutz durch Mikro-Lamellen. Größter Nachteil ist hier die mechanische Entfernung bzw. der mechanische Anbau des Filters sowie der Lichtverlust im geschützten Modus.
In der US 5,993,940 wird der Einsatz einer Folie beschrieben, die auf ihrer Oberfläche gleichmäßig angeordnete, kleine Prismenstreifen hat, um einen Privacy-Modus zu erzielen. Entwicklung und Herstellung sind recht aufwändig.
In der WO 2012/033583 wird die Umschaltung zwischen freier und eingeschränkter Sicht vermittels der Ansteuerung von Flüssigkristellen zwischen sogenannten „chromonischen” Schichten erzeugt. Hierbei entsteht ein Lichtverlust und der Aufwand ist recht hoch.
Die Schrift US 2009/0067156 offenbart eine Vielzahl an Ideen, um ein Beleuchtungssystem und Bildschirmgerät auszugestalten. Die dort in den 3A und 3B abgebildete Variante verwendet insbesondere zwei Hintergrundbeleuchtungen, sogenannte Backlights, bestehend aus keilförmigen Lichtleitern, und ein LCD-Panel, wobei das hintere Backlight 40 zwingend einen weiten Beleuchtungswinkel und das vordere Backlight 38 zwingend einen schmalen Beleuchtungswinkel erzeugen soll. Unklar bleibt hierbei jedoch die Funktionsweise, wie das Backlight 38 einen schmalen Beleuchtungswinkel erzeugen soll, ohne dass das Licht mit einem weiten Beleuchtungswinkel, welches vom Backlight 40 herrührt, beim Durchgang durch das Backlight 38 wesentlich in Licht mit einem schmalen Beleuchtungswinkel umgewandelt wird.
Zur Ausgestaltung nach 5 der US 2009/0067156 ist zu bemerken, dass beide Lichtleiter 46 und 48 jeweils „narrow light”, also Licht mit einem schmalen Beleuchtungswinkel, produzieren. Das Licht des Lichtleiters 48 wird erst durch einen aufwändig mit Prismenstrukturen zu erstellenden Teilspiegel 50 in „wide light”, also Licht mit einem weiten Beleuchtungswinkel, umgewandelt. Diese Umwandlung beschneidet die Lichtintensität extrem, da das zunächst in einen schmalen Beleuchtungswinkel abgestrahlte Licht, welches als einziges Licht zur Verfügung steht, dann in einen großen Beleuchtungswinkel, i. d. R. den Halbraum, aufgefächert wird. Dies hat zur Folge, dass je nach Parametern die Helligkeit um einen Faktor 5 oder mehr verringert wird (bezogen auf die Leuchtdichte). Es handelt sich also um eine praktisch wenig relevante Ausgestaltung.
In der Ausgestaltung nach 7 der US 2009/0067156 ist zwingend eine Phosphorschicht notwendig, diese soll UV-Licht in sichtbares Licht umwandeln. Dieser Aufwand ist groß und bei dem Wunsch nach hinreichend Licht aus dem Backlight, um ein LCD-Panel lesbar zu beleuchten, werden sehr große Intensitäten an UV-Licht benötigt. Mithin ist dies teuer, aufwändig und schon von der Abschirmung der benötigten UV-Strahlung her nicht praktikabel.
Die US 2012/0235891 beschreibt ein sehr aufwändiges Backlight in einem Bildschirm. Dort kommen gemäß 1 und 15 nicht nur mehrere Lichtleiter zum Einsatz, sondern auch weitere komplexe optische Elemente wie etwa Mikrolinsenelemente 40 und Prismenstrukturen 50, die das Licht von der hinteren Beleuchtung auf dem Weg zur vorderen Beleuchtung umformen. Dies ist teuer und aufwändig umzusetzen und ebenso mit Lichtverlust verbunden. Gemäß der Variante nach 17 in der US 2012/0235891 produzieren beide Lichtquellen 4R und 18 Licht mit einem schmalen Beleuchtungswinkel, wobei das Licht von der hinteren Lichtquelle 18 erst aufwändig in Licht mit einem großen Beleuchtungswinkel, umgewandelt wird. Diese komplexe Umwandlung ist – wie weiter oben schon bemerkt – stark helligkeitsmindernd.
Gemäß der JP 2007-155783 werden spezielle, aufwändig zu berechnende und herzustellende optische Oberflächen 19 genutzt, die dann Licht je nach Lichteinfallswinkel in verschiedene schmale oder breite Bereiche ablenken. Diese Strukturen ähneln Fresnel-Linsen. Ferner sind Störflanken vorhanden, die Licht in unerwünschte Richtungen ablenken. Somit bleibt unklar, ob wirklich sinnvolle Lichtverteilungen erreicht werden können.
Den vorgenannten Verfahren und Anordnungen ist in der Regel der Nachteil gemein, dass sie die Helligkeit des Grundbildschirms deutlich reduzieren und/oder ein aktives 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
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine schaltbare Beleuchtungseinrichtung zu beschreiben, die mindestens zwei Beleuchtungsmodi ermöglicht, wobei der eine Modus nur einen eingeschränkten Raumwinkel beleuchtet und der andere Modus die Beleuchtung in einen möglichst großen Raumwinkel gestattet. Somit soll bei Verwendung der Beleuchtungseinrichtung mit einem Bildschirm eine sichere Darstellung von Informationen durch einen wahlweise eingeschränkten Betrachtungswinkel realisiert werden, wobei in einem zweiten Modus eine freie, möglichst im Betrachtungswinkel uneingeschränkte Sicht möglich sein soll. Die Beleuchtungseinrichtung soll mit einfachen Mitteln preisgünstig umsetzbar sein. In beiden Betriebsmodi soll eine möglichst hohe Auflösung, besonders bevorzugt die native Auflösung des verwendeten Bildschirms, sichtbar sein. Ferner soll nur ein möglichst geringer Lichtverlust durch die Lösung eingeführt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst von einer Beleuchtungseinrichtung, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend

– eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung, die in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht in mindestens einer Richtung, die in einem Winkel größer als 45 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung gelegen ist, mit höchstens 6% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt wird,
– mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung gelegenes, plattenförmiges und transparentes optisches Element, und
– Leuchtmittel, die seitlich an Schmalseiten des optischen Elements angeordnet sind,
– wobei – das optische Element als Lichtleiter ausgebildet ist, welcher aus einem thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff besteht, – in dem besagten Lichtleiter homogen verteilte Streupartikel (welche als Lichtstreumittel wirken) vorhanden sind, – die besagten Streupartikel aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150–500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes von 0.01–300 Gew.-ppm eingesetzt werden, – der besagte Lichtleiter keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen aufweist und für das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist, – so dass das aus den Leuchtmitteln (wenn diese eingeschaltet sind) seitlich in das optische Element einfallende Licht für einen freien Sichtbereich in der Betriebsart B1 in Richtungen, die in Winkeln zwischen 45 Grad und 75 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung gelegen sind, mit mindestens 12% der maximalen Lichtstärke des aus dem Lichtleiter senkrecht zur Oberfläche austretenden Lichtes abgestrahlt wird, – und so dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht, (bevorzugt weist mindestens die Hälfte der Oberfläche des Lichtleiters derartige Punkte auf)
– wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung ein- und die Leuchtmittel ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel eingeschaltet sind.

Für die Betriebsart B1 ist es unbedingt erforderlich, dass die Leuchtmittel eingeschaltet sind, während die Hintergrundbeleuchtung ein- oder ausgeschaltet sein kann. Ist die Hintergrundbeleuchtung dabei ausgeschaltet, sorgt nur das Licht aus den Leuchtmitteln für die im Winkel nicht eingeschränkte Beleuchtung. Sind hingegen für die Betriebsart B1 sowohl die Leuchtmittel als auch die Hintergrundbeleuchtung eingeschaltet, kann eine größere Helligkeit erzielt werden. Dabei ist es dann besonders vorteilhaft, dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht. Diese technische Umsetzung bedeutet nämlich, dass sich das Licht, welches aus den Leuchtmitteln herrührt und seine stärkste(n) Helligkeit(en) nicht in etwa entlang der Mittelsenkrechten der Beleuchtungseinrichtung aufweist mit dem Licht, das von der Hintergrundbeleuchtung herrührt und seine stärkste Helligkeit in etwa entlang der Mittelsenkrechten der Beleuchtungseinrichtung aufweist, sehr gut ergänzt, um über mindestens einen Halbwinkel hinweg (z. B. das Winkelspektrum der Horizontalen vor der Beleuchtungseinrichtung) eine homogenere und hellere Ausleuchtung zu erreichen, als wenn nur die besagten Leuchtmittel für die Betriebsart B1 eingeschaltet wären.
Als Streupartikel für das optische Element werden bevorzugt Titandioxid-Partikel in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes von 0.1–50 Gew.-ppm, bevorzugt 0.1–10 Gew.-ppm., eingesetzt, und/oder die Titandioxidpartikel weisen eine mittlere Partikelgröße von 160 bis 450 nm und besonders bevorzugt von 170 bis 400 nm auf.
Ferner gilt, dass das optische Element einen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, bevorzugt kleiner als 2%, gemessen gemäß ASTM D1003.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das optische Element mindestens 40 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bevorzugt mindestens 60 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bezogen auf sein Gewicht, umfasst.
Eine weitere sinnvolle Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung sieht vor, dass für die Betriebsart B2 das von der Hintergrundbeleuchtung herrührende und aus dem optischen Element an jedem Punkt seiner Oberfläche (in Betrachtungsrichtung) austretende Licht in Winkeln β > 30 Grad, gemessen senkrecht zur Oberfläche des optischen Elements und in horizontaler Orientierung zur Oberfläche des optischen Elements, maximal 5% von der Lichtstärke aufweist, die das Licht aufweist, welches von einem solchen Punkt der Oberfläche des optischen Elements senkrecht zu seiner Oberfläche austritt.
Besonders bevorzugt enthält die Hintergrundbeleuchtung dazu mindestens eine optische Schicht zur Kollimation von Licht, um eine winkeleingeschränkte Abstrahlcharakteristik des von ihr ausgestrahlten Lichtes zu erzielen. Bei der Hintergrundbeleuchtung handelt es sich vorzugsweise um ein Backlight, beispielsweise ein Side-light, Edgelight, Direct LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder einen anderen Flächenstrahler, auf welches ein permanenter Sichtschutzfilter, auch als Privacyfilter (z. B. Vikuiti^TM von 3M^TM oder LCF von Shin Etsu^TM) bezeichnet, aufgebracht ist, welcher als Lichtkollimator bzw. räumlicher Lichtfilter wirkt, nach dessen Durchgang das Licht von der Hintergrundbeleuchtung im Wesentlichen nur noch in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird. Zusätzlich den der/den Schicht(en) zur Kollimation können noch im Winkel vom 90 Grad gekreuzte Komponenten vom Typ „Optical Lighting Film” (OLF) Typ 2301 von 3M^TM vorhanden sein, um eine Vor-Kollimation zu erzielen und dabei das Licht zu bündeln.
Weiterhin ist es möglich, dass die nächste optische Komponente unterhalb des optischen Elements mindestens eine teilweise reflektierende Oberfläche für in der Betriebsart B1 aus dem optischen Element nach unten austretendes Licht aufweist und dadurch derartig nach unten abgestrahltes Licht wenigstens teilweise wieder auf das optische Element zurückreflektiert wird und zumindest teilweise durch dieses hindurch tritt. Da das als Lichtleiter umgesetzte optische Element Licht von beiden Großflächen, also nach oben und nach unten abstrahlt (die Richtung nach unten weist in Richtung der Hintergrundbeleuchtung), wird auf diese Weise eine Art Lichtrecycling ermöglicht. Hier kann es ausreichen, dass die besagte nächste optische Komponente, oftmals also die optische Schicht zur Kollimation (z. B. Privacyfilter), nicht entspiegelt ist oder aber eine Teilverspiegelung aufweist, die für von unten, d. h. von der Hintergrundbeleuchtung, kommendes Licht so transparent wie möglich ist.
Grundsätzlich bleibt die Leistungsfähigkeit der Erfindung erhalten, wenn die vorbeschriebenen Parameter in bestimmten Grenzen variiert werden. So kann etwa die Hintergrundbeleuchtung Licht mit einer solchen Abstrahlcharakteristik abstrahlen, dass in Richtungen, die in Winkeln größer als 10...45 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung gelegen sind, höchstens 0...20% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt werden.
Ungeachtet dessen kann ferner das in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung gelegene optische Element, welches für das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht zu mindestens 85% – oder auch zu weniger als 85%, etwa 70% oder sogar nur 50% – transparent ist, das aus Leuchtmitteln seitlich einfallende Licht in einen möglichst großen Winkelbereich ablenken, so dass in Richtungen, die in Winkeln größer als 10...100 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung gelegen sind, mindestens 10...70% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt werden.
Bei den Leuchtmitteln handelt es sich z. B. um LEDs oder Laserdioden. Außerdem ist es sinnvoll, wenn die Lichteinkopplung aus den seitlich angeordneten Leuchtmitteln in das optische Element von mindestens zwei Seiten, bevorzugt von gegenüberliegenden Seiten, erfolgt.
Ganz besonders bevorzugt ist vor der Beleuchtungseinrichtung eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung, beispielsweise ein LCD-Panel, angeordnet. Damit können die beiden Betriebsarten B1 und B2 entsprechend für die Bildwiedergabeeinrichtung umgesetzt werden.
Alternativ ist es möglich, dass das optische Element auf seiner der Hintergrundbeleuchtung zugewandten Seite teilverspiegelt ist, wobei die Stärke der Verspiegelung zum Ausgleich von Helligkeitsunterschieden in der Betriebsart B1 über die Fläche des aus dem optischen Element ausgekoppelten Lichts variierend ausgestaltet ist, oder wobei nur solche Bereiche teilverspiegelt sind, bei denen die Helligkeit ohne Verspiegelung unter einem vorgegebenen Grenzwert abgefallen ist. Ferner kann die Beleuchtungseinrichtung eine Steuerung umfassen, welche in der Betriebsart B1 Helligkeitsunterschiede über die Fläche des aus dem optischen Element ausgekoppelten Lichtes vermittels einer zu diesen Helligkeitsunterschieden komplementären Steuerung der auf dem transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung dargestellten Bildinhalte ausgleicht, so dass ein im Wesentlichen bezüglich der Helligkeit homogenes Bild auf der transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung wahrnehmbar ist.
Schließlich kann die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung, bei welcher eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung vorgeschaltet ist, vorteilhaft zur Eingabe oder Anzeige von vertraulichen Daten, beispielweise von PIN-Geheimnummern, E-mails, SMS oder Passwörtern, an Geldautomaten, Zahlungsterminals oder mobilen Geräten verwendet werden.
Überdies ist eine Teilverspiegelung auf der Rückseite der transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung zur weiteren Homogenisierung der Lichtausbeute aus dem optischen Element vorteilhaft. Auch diese kann zum Ausgleich von Helligkeitsunterschieden analog zur Teilverspiegelung auf dem optischen Element variierend ausgestaltet oder nur bereichsweise aufgebracht sein.
Von Vorteil ist ebenso ein bereits vom Design her kollimiertes Backlight als Hintergrundbeleuchtung, d. h. die Lichtquelle ist hierbei so konzipiert, dass ihr Licht nur in einen vorbeschriebenen, eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird. Weiterhin kann es günstig sein, wenn stets die gleichen Lichtquellen, z. B. die besagten seitlich angeordneten Leuchtmittel, für beide Betriebsarten verwendet werden. Das Licht wird dann für die Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten B1 und B2 beispielsweise über einen optoelektronischen und/oder optomechanischen Schalter einmal in das optische Element und/oder einmal in die Hintergrundbeleuchtung eingekoppelt. Als Schalter kommt hier z. B. ein Shutter oder eine mechanische Umschaltung wie ein kippbarer Spiegel in Frage. Auch können die Leuchtmittel zweizeilig ausgebildet sein, wobei dann jeweils nur die gewünschte bzw. entsprechende Zeile angeschaltet wird.
Weiterhin können die gewünschten bzw. die erlaubten Abstrahlungsrichtungen für den Modus B2 für eine eingeschränkte Sicht jeweils für die horizontale und vertikale Richtung unabhängig voneinander definiert und umgesetzt werden. Beispielsweise könnte in der vertikalen Richtung ein größerer Winkel sinnvoll sein, als in der horizontalen Richtung, etwa wenn bei Geldautomaten Personen mit unterschiedlicher Größe etwas sehen sollen, während der Seiteneinblick stark eingeschränkt bleiben soll. Dies wird insbesondere durch die Wahl der Licht kollimierenden Schichten, z. B. der Privacy-Filter, erreicht.
Eine besondere Lösung der Aufgabe gibt schließlich folgende erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend

– eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung, die in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht in mindestens einer Richtung, die in einem Winkel größer als 45 + γ Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung gelegen ist, mit höchstens 6% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt wird, wobei die Hintergrundbeleuchtung mindestens eine Schicht zur Kollimation des von ihr abgestrahlten Lichtes enthalt, welche das die höchste Lichtdurchlässigkeit in einem Winkel von γ mit 0 < γ < 45 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung aufweist (hierbei kann es sich z. B. um einen oder mehrere Privacy-Filter handeln, deren Mikrolamellen gegenüber der Flächennormalen des Privacy-Filters um den Winkel γ geneigt sind, wie etwa aus der Produktreihe Shin Etsu^TM LCF),
– mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung gelegenes, plattenförmiges und transparentes optisches Element, und
– Leuchtmittel, die seitlich an Schmalseiten des optischen Elements angeordnet sind,
– wobei – das optische Element als Lichtleiter ausgebildet ist, welcher aus einem thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff besteht, – in dem besagten Lichtleiter homogen verteilte vorhanden sind, – die besagten Streupartikel aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150–500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes von 0.01–300 Gew.-ppm eingesetzt werden, – der besagte Lichtleiter keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen aufweist und für das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist, – so dass das aus den Leuchtmitteln seitlich in das optische Element einfallende Licht für einen freien Sichtbereich in der Betriebsart B1 in Richtungen, die in Winkeln zwischen 45 Grad und 75 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung gelegen sind, mit mindestens 12% der maximalen Lichtstärke des aus dem Lichtleiter senkrecht zur Oberfläche austretenden Lichtes abgestrahlt wird, – und so dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln 4 herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht,
– wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung ein- und die Leuchtmittel ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel eingeschaltet sind.

Für diese Variante der Erfindung gelten ebenso sinngemäß die weiter oben gegebenen Ausgestaltungshinweise.
Die seitliche Neigung um den Winkel γ ist für verschiedene Anwendungen vorteilhaft. Beispielsweise kann in einem Cockpit eines Flugzeuges Information nur wahlweise für einen Piloten sichtbar sein, etwa wenn die Beleuchtungseinrichtung samt Bildwiedergabeeinrichtung in der Mitte der Kontrollkonsole angeordnet ist. Durch den Neigungswinkel γ wird dann in der Betriebsart B2 die Sichtbarkeit auf eine Schrägsicht, eben jener von nur einem Piloten, auf das System beschränkt.
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.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale zeigen, näher erläutert. Es zeigt
1 eine Prinzipskizze zur Auskopplung von Licht, das seitlich in ein optisches Element eingekoppelt wird, in einen größtmöglichen Raumwinkel,
2 eine Prinzipskizze zum Durchgang von Licht, das aus einer Hintergrundbeleuchtung herrührt, durch das optische Element,
3 eine Prinzipskizze einer Beleuchtungseinrichtung in einer ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus, bei der ein größtmöglicher Raumwinkel ausgeleuchtet wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung zusammen mit einer Bildwiedergabeeinrichtung verwendet wird, und wobei die Hintergrundbeleuchtung ausgeschaltet ist,
4 eine Prinzipskizze einer Beleuchtungseinrichtung in einer ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus, bei der ein größtmöglicher Raumwinkel ausgeleuchtet wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung zusammen mit einer Bildwiedergabeeinrichtung verwendet wird, und wobei die Hintergrundbeleuchtung eingeschaltet ist,
5 eine Prinzipskizze der Beleuchtungseinrichtung in einer zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, bei der ein eingeschränkter Raumwinkel ausgeleuchtet wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung zusammen mit einer Bildwiedergabeeinrichtung verwendet wird,
6 eine Prinzipskizze einer weiteren Ausgestaltung einer Beleuchtungseinrichtung in einer ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus, bei der ein größtmöglicher Raumwinkel ausgeleuchtet wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung zusammen mit einer Bildwiedergabeeinrichtung verwendet wird, und wobei die Hintergrundbeleuchtung eingeschaltet ist, sowie
7 ein Diagramm zu einer beispielhaften Helligkeitsverteilung in verschiedene Raumrichtungen bezüglich des aus einem optischen Element ausgekoppelten Lichtes.
Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen wieder.
In 1 ist eine Prinzipskizze zur Auskopplung von Licht, das seitlich von Leuchtmitteln 4 in ein optisches Element 3 – hier nur als kleiner Ausschnitt in Schnittdarstellung gezeigt – eingekoppelt wird, in einen größtmöglichen Raumwinkel, dargestellt. Die kleinen Punkte stilisieren Streupartikel als Streuzentren für das Licht, welches seitlich von den Leuchtmitteln 4 eingekoppelt wird. Als Streupartikel für das optische Element 3 werden hier bevorzugt Titandioxid-Partikel in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes (3) von 0.1–50 Gew.-ppm, bevorzugt 0.1–10 Gew.-ppm., eingesetzt, und/oder die Titandioxidpartikel weisen eine mittlere Partikelgröße von 160 bis 450 nm und besonders bevorzugt von 170 bis 400 nm auf. Auf Grund von Totalreflexion werden Strahlen des eingekoppelten Lichts an der Außenwand wieder zurück in den Lichtleiter, also das optische Element 3, geworfen, bis sie schließlich auf einen Streupartikel zur gewünschten Auskopplung treffen. Die Darstellung in 1 ist zur besseren Erkennbarkeit stark stilisiert; in der Realität sind eine sehr große Vielzahl an Strahlengängen im optischen Element 3 umgesetzt.
2 zeigt eine Prinzipskizze zum Durchgang von Licht, das aus einer – zeichnerisch hier nicht dargestellten – Hintergrundbeleuchtung 2 herrührt, durch das optische Element 3. Die Streupartikel spielen dabei eine vernachlässigbare Rolle, da das Licht gerichtet aus der Hintergrundbeleuchtung 2 herrührt und nicht bzw. kaum durch Totalreflexion im Lichtleiter hin und her gelenkt wird.
Die 3 gibt eine Prinzipskizze einer Beleuchtungseinrichtung 1 in einer ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus wieder, bei der ein größtmöglicher Raumwinkel ausgeleuchtet wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung 1 zusammen mit einer Bildwiedergabeeinrichtung 5 verwendet wird, und wobei die Hintergrundbeleuchtung 2 ausgeschaltet ist. 4 zeigt eine Variation dazu, wobei hier die Hintergrundbeleuchtung 2 eingeschaltet ist (die schwarzen Pfeile zeigen das von dort herrührende Licht). 6 wiederum zeigt eine Prinzipskizze einer weiteren Ausgestaltung zu der Variante gemäß 4, bei welcher eine teilweise Reflektion auf der Oberfläche der Hintergrundbeleuchtung 2 zu einer Art Lichtrecycling für das Licht führt, welches nach unten hin aus der Großfläche des optischen Elements 3 austritt (siehe gestrichelte Pfeile). Damit wird die Lichtausbeute verbessert. Weiterhin zeigt 5 eine Prinzipskizze der Beleuchtungseinrichtung in einer zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, bei der ein eingeschränkter Raumwinkel ausgeleuchtet wird, wobei auch hier die Beleuchtungseinrichtung zusammen mit einer Bildwiedergabeeinrichtung verwendet wird.
Die in den Zeichnungen 3 bis 6 schematische dargestellte erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden, umfasst

– eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung 2, die in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei das von der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgehende Licht in mindestens einer Richtung, die in einem Winkel größer als 45 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung 2 gelegen ist, mit höchstens 6% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt wird,
– mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung 2 gelegenes, plattenförmiges und transparentes optisches Element 3, und
– Leuchtmittel 4, die seitlich an Schmalseiten des optischen Elements 3 angeordnet sind, (in den Zeichnungen stilisiert an einer Stelle, diese können aber gleichzeitig an mehreren Schmalseiten des optischen Elements 3 angeordnet sein),
– wobei – das optische Element 3 als Lichtleiter ausgebildet ist, welcher aus einem thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff besteht, – in dem besagten Lichtleiter homogen verteilte Streupartikel (welche als Lichtstreumittel wirken) vorhanden sind, – die besagten Streupartikel aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150–500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes 3 von 0.01–300 Gew.-ppm eingesetzt werden, – der besagte Lichtleiter, also das optische Element 3, keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen aufweist und für das von der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist, – so dass das aus den Leuchtmitteln 4 (wenn diese eingeschaltet sind) seitlich in das optische Element 3 einfallende Licht für einen freien Sichtbereich in der Betriebsart B1 in Richtungen, die in Winkeln zwischen 45 Grad und 75 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung 2 gelegen sind, mit mindestens 12% der maximalen Lichtstärke des aus dem Lichtleiter senkrecht zur Oberfläche austretenden Lichtes abgestrahlt wird, – und so dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln 4 herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht, (bevorzugt weist mindestens die Hälfte der Oberfläche des Lichtleiters derartige Punkte auf)
– wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung 2 ein- und die Leuchtmittel 4 ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel 4 eingeschaltet sind.

Der besagte Lichtleiter, also das optische Element 3, weist keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen auf und ist für das von der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent. Würde es eine Bedruckung und/oder lichtstreuende Störstellen auf einer oder beiden Großflächen des Lichtleiters, d. h. des optischen Elements 3, geben, so würde in der Betriebsart B2 das von der Hintergrundbeleuchtung 2 herrührende und durch das optische Element 3 hindurchtretende Licht dadurch gestreut und somit nicht mehr nur zu einem eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt werden.
Für die Betriebsart B1 ist es unbedingt erforderlich, dass die Leuchtmittel 4 eingeschaltet sind, während die Hintergrundbeleuchtung 2 ein- oder ausgeschaltet sein kann. Ist die Hintergrundbeleuchtung 2 dabei ausgeschaltet, sorgt nur das Licht aus den Leuchtmitteln 4 für die im Winkel nicht eingeschränkte Beleuchtung. Sind hingegen für die Betriebsart B1 sowohl die Leuchtmittel 4 als auch die Hintergrundbeleuchtung 2 eingeschaltet, kann eine größere Helligkeit erzielt werden. Dabei ist es dann besonders vorteilhaft, dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln 4 herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht, wie dies in 7 angedeutet ist. Der mit „I” beschriftete Pfeil steht für die jeweilige Lichtstärke, die horizontal zum optischen Element in dem jeweiligen Winkel α abgestrahlt wird. Diese technische Umsetzung bedeutet nämlich, dass sich das Licht, welches aus den Leuchtmitteln 4 herrührt und seine stärkste Helligkeit nicht in etwa entlang der Mittelsenkrechten der Beleuchtungseinrichtung 1 aufweist mit dem Licht, das von der Hintergrundbeleuchtung 2 herrührt und seine stärkste Helligkeit in etwa entlang der Mittelsenkrechten der Beleuchtungseinrichtung 1 aufweist, sehr gut ergänzt, um über mindestens einen Halbwinkel hinweg (z. B. das Winkelspektrum der Horizontalen vor der Beleuchtungseinrichtung 1) eine homogenere und insgesamt hellere Ausleuchtung zu erreichen, als wenn nur die Leuchtmittel 4 für die Betriebsart B1 eingeschaltet wären.
Als Streupartikel für das optische Element 3 werden bevorzugt Titandioxid-Partikel in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes 3 von 0.1–50 Gew.-ppm, bevorzugt 0.1–10 Gew.-ppm., eingesetzt, und/oder die Titandioxidpartikel weisen eine mittlere Partikelgröße von 160 bis 450 nm und besonders bevorzugt von 170 bis 400 nm auf.
Ferner gilt, dass das optische Element (3) einen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, bevorzugt kleiner als 2%, gemessen gemäß ASTM D1003.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das optische Element 3 mindestens 40 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bevorzugt mindestens 60 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bezogen auf sein Gewicht, umfasst.
Eine weitere sinnvolle Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung 1 sieht vor, dass für die Betriebsart B2 das ausschließlich von der Hintergrundbeleuchtung 2 herrührende und aus dem optischen Element 3 an jedem Punkt seiner Oberfläche in Betrachtungsrichtung austretende Licht in Winkeln β > 30 Grad (siehe hierzu auch 5 bzgl. der Winkeldefinition von β), gemessen senkrecht zur Oberfläche des optischen Elements 3 und in horizontaler Orientierung zur Oberfläche des optischen Elements 3, maximal 5% von der Lichtstärke aufweist, die das Licht aufweist, welches von einem solchen Punkt der Oberfläche des optischen Elements 3 senkrecht zu seiner Oberfläche austritt. Besonders bevorzugt enthält die Hintergrundbeleuchtung 2 dazu mindestens eine optische Schicht zur Kollimation von Licht, um eine winkeleingeschränkte Abstrahlcharakteristik des von ihr ausgestrahlten Lichtes zu erzielen. Bei der Hintergrundbeleuchtung 2 handelt es sich vorzugsweise um ein Backlight, beispielsweise ein Side-light, Edgelight, Direct LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder einen anderen Flächenstrahler, auf welches ein permanenter Sichtschutzfilter, auch als Privacyfilter (z. B. Vikuit^TM von 3M^TM oder LCF von Shin Etsu^TM) bezeichnet, aufgebracht ist, welcher als Lichtkollimator bzw. räumlicher Lichtfilter wirkt, nach dessen Durchgang das Licht von der Hintergrundbeleuchtung 2 im Wesentlichen nur noch in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird. Zusätzlich den der/den Schicht(en) zur Kollimation können noch im Winkel vom 90 Grad gekreuzte Komponenten vom Typ „Optical Lighting Film” (OLF) Typ 2301 von 3M^TM vorhanden sein, um eine Vor-Kollimation zu erzielen und dabei das Licht zu bündeln.
Weiterhin ist es möglich, dass die nächste optische Komponente unterhalb des optischen Elements 3 mindestens eine teilweise reflektierende Oberfläche für in der Betriebsart B1 aus dem optischen Element 3 nach unten austretendes Licht aufweist und dadurch derartig nach unten abgestrahltes Licht wenigstens teilweise wieder auf das optische Element 3 zurückreflektiert wird und zumindest teilweise durch dieses hindurch tritt, wie das in 4 mit den gestrichelten Pfeilen angedeutet ist. Da das als Lichtleiter umgesetzte optische Element 3 Licht von beiden Großflächen aus, also nach oben und nach unten abstrahlt (die Richtung nach unten weist in Richtung der Hintergrundbeleuchtung 2), wird auf diese Weise eine Art Lichtrecycling ermöglicht. Hier kann es ausreichen, dass die besagte nächste optische Komponente, oftmals also die optische Schicht der Hintergrundbeleuchtung 2 zur Kollimation (z. B. Privacyfilter), nicht entspiegelt ist oder aber eine Teilverspiegelung aufweist, die für von unten, d. h. von der Hintergrundbeleuchtung 2, kommendes Licht so transparent wie möglich ist.
Bei den Leuchtmitteln 4 handelt es sich z. B. um LEDs. Außerdem ist es sinnvoll, wenn die Lichteinkopplung aus den seitlich angeordneten Leuchtmitteln 4 in das optische Element 3 von mindestens zwei Seiten, bevorzugt von gegenüberliegenden Seiten, erfolgt.
Ganz besonders bevorzugt ist vor der Beleuchtungseinrichtung 1 eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung 5, beispielsweise ein LCD-Panel, angeordnet, wie in den Zeichnungen 3 bis 6 eingezeichnet. Damit können die beiden Betriebsarten B1 und B2 entsprechend für die Bildwiedergabeeinrichtung 5 umgesetzt werden. Die erste Betriebsart B1 für einen freien Sichtbereich erlaubt dann auf der Bildwiedergabeqeinrichtung 5, das Bild aus einem möglichst großen Raumwinkel in voller Auflösung wahrzunehmen. Umgekehrt verhält es sich in der zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtbereich so, dass das Bild auf dem Bildwiedergabeeinrichtung 5 ebenso in voller Auflösung, jedoch nur aus einem eingeschränkten Raumwinkel wahrnehmbar ist, was einem privaten Betrachtungsmodus entspricht (sogenannter Sichtschutz- oder Privacy-Modus). Je nach Ausgestaltung der Parameter für die Beleuchtungswinkel ist dann auch der sichtbare Bereich des von der Bildwiedergabeeinrichtung 5 dargestellten Bildes entsprechend im Raumwinkel eingeschränkt wahrnehmbar.
Überdies ist eine Teilverspiegelung auf der Rückseite der transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung 5 zur weiteren Homogenisierung der Lichtausbeute aus dem optischen Element 3 vorteilhaft. Auch diese kann zum Ausgleich von Helligkeitsunterschieden analog zur Teilverspiegelung auf dem optischen Element 3 variierend ausgestaltet oder nur bereichsweise aufgebracht sein.
Von Vorteil ist ebenso ein bereits vom Design her kollimiertes Backlight (ein sogenanntes „Directional Backlight”) als Hintergrundbeleuchtung, d. h. die Lichtquelle ist hierbei so konzipiert, dass ihr Licht nur in einen vorbeschriebenen, eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird. Weiterhin kann es günstig sein, wenn stets die gleichen Lichtquellen, z. B. die seitlich angeordneten Leuchtmittel 4, für beide Betriebsarten verwendet werden. Das Licht wird dann für die Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten B1 und B2 beispielsweise über einen optoelektronischen und/oder optomechanischen Schalter einmal in das optische Element 3 und/oder einmal in die Hintergrundbeleuchtung 2 eingekoppelt. Als Schalter kommt hier z. B. ein Shutter oder eine mechanische Umschaltung wie ein kippbarer Spiegel in Frage. Auch können die Leuchtmittel 4 zweizeilig ausgebildet sein, wobei dann jeweils nur die gewünschte bzw. entsprechende Zeile angeschaltet wird.
Weiterhin können die gewünschten bzw. die erlaubten Abstrahlungsrichtungen für den Modus B2 für eine eingeschränkte Sicht jeweils für die horizontale und vertikale Richtung unabhängig voneinander definiert und umgesetzt werden. Beispielsweise könnte in der vertikalen Richtung ein größerer Winkel sinnvoll sein, als in der horizontalen Richtung, etwa wenn bei Geldautomaten Personen mit unterschiedlicher Größe etwas sehen sollen, während der Seiteneinblick stark eingeschränkt bleiben soll. Dies wird insbesondere durch die Wahl der Licht kollimierenden Schichten, z. B. der Privacy-Filter, erreicht.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1, bei welcher insbesondere eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung 5 vorgeschaltet ist, kann vorteilhaft zur Eingabe oder Anzeige von vertraulichen Daten, beispielweise von PIN-Geheimnummern, E-mails, SMS oder Passwörtern, an Geldautomaten, Zahlungsterminals oder mobilen Geräten verwendet werden.
Somit wird erreicht, was gewünscht war: Bei Verwendung der Beleuchtungseinrichtung 1 mit einer Bildwiedergabeeinrichtung 5 (z. B. LCD-Bildschirm) kann eine sichere Darstellung von Informationen durch einen wahlweise eingeschränkten Betrachtungswinkel realisiert werden, wobei in einem zweiten Modus eine freie, möglichst im Betrachtungswinkel uneingeschränkte Sicht möglich ist. Die Beleuchtungseinrichtung 1 ist mit einfachen Mitteln preisgünstig umsetzbar. In beiden beschriebenen Betriebsmodi B1 und B2 ist die volle native Auflösung des verwendeten Bildschirms, also der Bildwiedergabeeinrichtung 5, sichtbar. Ferner wird ein Lichtverlust möglichst gering gehalten.
Im Gegensatz zum Stand der Technik muss weder eine starke UV-Lichtquelle benutzt werden, noch müssen erst aufwändig winkeleingeschränkte Lichtverteilungen in uneingeschränkte Lichtverteilungen umgewandelt werden – was die Helligkeit massiv vermindert –, noch sind aufwändige Prismen- bzw. Mikrolinsenstrukturen notwendig.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6765550 [0003]
US 5993940 [0004]
WO 2012/033583 [0005]
US 2009/0067156 [0006, 0007, 0008]
US 2012/0235891 [0009, 0009]
JP 2007-155783 [0010]

Claims

Beleuchtungseinrichtung (1), die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend – eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (2), die in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei das von der Hintergrundbeleuchtung (2) ausgehende Licht in mindestens einer Richtung, die in einem Winkel größer als 45 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegen ist, mit höchstens 6% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt wird, – mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegenes, plattenförmiges und transparentes optisches Element (3), und – Leuchtmittel (4), die seitlich an Schmalseiten des optischen Elements (3) angeordnet sind, – wobei – das optische Element (3) als Lichtleiter ausgebildet ist, welcher aus einem thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff besteht, – in dem besagten Lichtleiter homogen verteilte vorhanden sind, – die besagten Streupartikel aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150–500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes (3) von 0.01–300 Gew.-ppm eingesetzt werden, – der besagte Lichtleiter keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen aufweist und für das von der Hintergrundbeleuchtung (2) ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist, – so dass das aus den Leuchtmitteln (4) seitlich in das optische Element (3) einfallende Licht für einen freien Sichtbereich in der Betriebsart B1 in Richtungen, die in Winkeln zwischen 45 Grad und 75 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegen sind, mit mindestens 12% der maximalen Lichtstärke des aus dem Lichtleiter senkrecht zur Oberfläche austretenden Lichtes abgestrahlt wird, – und so dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln 4 herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht, – wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung (2) ein- und die Leuchtmittel (4) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel (4) eingeschaltet sind.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (3) einen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, bevorzugt kleiner als 2%, gemessen gemäß ASTM D1003.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Streupartikel Titandioxid-Partikel in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes (3) von 0.1–50 Gew.-ppm, bevorzugt 0.1–10 Gew.-ppm., eingesetzt werden, und/oder dass die Titandioxidpartikel eine mittlere Partikelgröße von 160 bis 450 nm und besonders bevorzugt von 170 bis 400 nm aufweisen.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (3) mindestens 40 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bevorzugt mindestens 60 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bezogen auf sein Gewicht, umfasst.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Betriebsart B2 das ausschließlich von der Hintergrundbeleuchtung (2) herrührende und aus dem optischen Element (3) an jedem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht in Winkeln β > 30 Grad, gemessen senkrecht zur Oberfläche des optischen Elements (3) und in horizontaler Orientierung zur Oberfläche des optischen Elements (3), maximal 5% von der Lichtstärke aufweist, die das Licht aufweist, welches von einem solchen Punkt der Oberfläche des optischen Elements (3) senkrecht zu seiner Oberfläche austritt.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nächste optische Komponente unterhalb des optischen Elements (3) mindestens eine teilweise reflektierende Oberfläche für in der Betriebsart B1 aus dem optischen Element (3) nach unten austretendes Licht aufweist und dadurch derartig nach unten abgestrahltes Licht wenigstens teilweise wieder auf das optische Element (3) zurückreflektiert wird und zumindest teilweise durch dieses hindurch tritt.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Beleuchtungseinrichtung (1) ein transmissiver Bildwiedergabeeinrichtung (5), beispielsweise ein LCD-Panel, angeordnet ist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hintergrundbeleuchtung (2) mindestens eine optische Schicht zur Kollimation von Licht enthält.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hintergrundbeleuchtung (2) ein Backlight, beispielsweise ein Sidelight, Edgelight, Direct LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder ein anderer Flächenstrahler, ist, auf welches mindestens ein permanenter Privacy-filter aufgebracht ist.
Beleuchtungseinrichtung (1), die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend – eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (2), die in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei das von der Hintergrundbeleuchtung (2) ausgehende Licht in mindestens einer Richtung, die in einem Winkel größer als 45 + γ Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegen ist, mit höchstens 6% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt wird, wobei die Hintergrundbeleuchtung (2) mindestens eine Schicht zur Kollimation des von ihr abgestrahlten Lichtes enthält, welche die höchste Lichtdurchlässigkeit in einem Winkel von γ mit 0 < γ < 45 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung (2) aufweist, – mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegenes, plattenförmiges und transparentes optisches Element (3), und – Leuchtmittel (4), die seitlich an Schmalseiten des optischen Elements (3) angeordnet sind, – wobei – das optische Element (3) als Lichtleiter ausgebildet ist, welcher aus einem thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff besteht, – in dem besagten Lichtleiter homogen verteilte vorhanden sind, – die besagten Streupartikel aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150–500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes (3) von 0.01–300 Gew.-ppm eingesetzt werden, – der besagte Lichtleiter keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen aufweist und für das von der Hintergrundbeleuchtung (2) ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist, – so dass das aus den Leuchtmitteln (4) seitlich in das optische Element (3) einfallende Licht für einen freien Sichtbereich in der Betriebsart B1 in Richtungen, die in Winkeln zwischen 45 Grad und 75 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegen sind, mit mindestens 12% der maximalen Lichtstärke des aus dem Lichtleiter senkrecht zur Oberfläche austretenden Lichtes abgestrahlt wird, – und so dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln 4 herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht, – wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung (2) ein- und die Leuchtmittel (4) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel (4) eingeschaltet sind.