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Gebiet der Erfindung
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In den letzten Jahren wurden große Fortschritte zur Verbreiterung des Sehwinkels bei LCDs erzielt. Allerdings gibt es oft Situationen, in denen dieser sehr große Sehbereich eines Bildschirms von Nachteil sein kann. Zunehmend werden auch Informationen auf mobilen Geräten wie Notebooks und Tablet-PCs verfügbar, wie Bankdaten oder andere, persönliche Angaben, und sensible Daten. Dem entsprechend brauchen die Menschen eine Kontrolle darüber, wer diese sensiblen Daten sehen darf; sie müssen wählen können zwischen einem weiten Betrachtungswinkel, um Informationen auf ihrem Display mit anderen zu teilen, z.B. beim Betrachten von Urlaubsfotos oder auch für Werbezwecke. Andererseits benötigen sie einen kleinen Betrachtungswinkel, wenn sie die Bildinformationen vertraulich behandeln wollen.
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Eine ähnliche Problemstellung ergibt sich im Fahrzeugbau: Dort darf der Fahrer bei eingeschaltetem Motor nicht durch Bildinhalte, wie etwa digitale Entertainmentprogramme, abgelenkt werden, während der Beifahrer selbige jedoch auch während der Fahrt konsumieren möchte. Mithin wird ein Bildschirm benötigt, der zwischen den entsprechenden Darstellungsmodi umschalten kann.
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Stand der Technik
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Zusatzfolien, die auf Mikro-Lamellen basieren, wurden bereits für mobile Displays eingesetzt, um deren optischen Datenschutz zu erreichen. Allerdings waren diese Folien nicht (um)schaltbar, sie mussten immer erst per Hand aufgelegt und danach wieder entfernt werden. Auch muss man sie separat zum Display transportieren, wenn man sie nicht gerade braucht. Ein wesentlicher Nachteil des Einsatzes solcher Lamellen-Folien ist ferner mit den einhergehenden Lichtverlusten verbunden.
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Die
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.
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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.
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In der
WO 2012/033583 wird die Umschaltung zwischen freier und eingeschränkter Sicht vermittels der Ansteuerung von Flüssigkristallen zwischen sogenannten „chromonischen“ Schichten erzeugt. Hierbei entsteht ein Lichtverlust und der Aufwand ist recht hoch.
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Die Schrift
US 2009/0067156 offenbart eine Vielzahl an Ideen, um ein Beleuchtungssystem und ein 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.
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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.
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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.
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Die
US 2012/0235891 beschreibt ein sehr aufwändiges Backlight in einem Bildschirm. Dort kommen gemäß
1 und
15 nicht nur mehrere Lichtleiter zum Einsatz, sondem 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.
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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.
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Nach Lehre der
GB 2428128 A werden zur Erzielung einer eingeschränkten Sicht zusätzliche, vom Bildschirm deutlich entfernte Lichtquellen, die ein auf dem Bildschirm angebrachtes Hologramm beleuchten, verwendet, um den Seiteneinblick mit speziellen Wellenlängen zu überlagern. Nachteilig sind hierbei der benötigte Abstand der Lichtquellen vom Bildschirm und der Aufwand, entsprechende Hologramme herzustellen.
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In der
US 2013/0308185 wird ein spezieller, mit Stufen ausgebildeter Lichtleiter beschrieben, der Licht auf einer Großfläche in verschiedene Richtungen abstrahlt, je nachdem, aus welcher Richtung er von einer Schmalseite aus beleuchtet wird. Im Zusammenspiel mit einer transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung, z.B. einem LC-Display, kann somit ein zwischen freiem und eingeschränktem Sichtmodus schaltbarer Bildschirm erzeugt werden. Nachteilig ist hierbei u.a., dass der eingeschränkte Sichteffekt entweder nur für links/rechts oder aber für oben/unten, nicht aber für links/rechts/oben/unten gleichzeitig erzeugt werden kann, wie es etwa für bestimmte Zahlungsvorgänge nötig ist. Hinzu kommt, dass auch im eingeschränkten Sichtmodus aus geblockten Einsichtwinkeln immer noch Restlicht sichtbar ist.
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Die
WO 2015/121398 der Anmelderin beschreibt einen Bildschirm der eingangs beschriebenen Art. Dort sind für die Umschaltung der Betriebsarten essentiell Streupartikel im Volumen des entsprechenden Lichtleiters vorhanden. Die dort gewählten Streupartikel aus einem Polymerisat weisen jedoch in der Regel den Nachteil auf, dass Licht aus beiden Großflächen ausgekoppelt wird, wodurch etwa die Hälfte des Nutzlichtes in die falsche Richtung, nämlich zur Hintergrundbeleuchtung hin, abgestrahlt und dort aufgrund des Aufbaus nicht in hinreichendem Umfang recycelt werden kann. Überdies können die im Volumen des Lichtleiters verteilten Streupartikel aus Polymerisat unter Umständen, insbesondere bei höherer Konzentration, zu Streueffekten führen, die den Sichtschutzeffekt in der geschützten Betriebsart vermindern.
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Den vorgenannten Verfahren und Anordnungen ist in der Regel der Nachteil gemein, dass sie die Helligkeit des Grundbildschirms deutlich reduzieren und / oder ein aktives, zumindest jedoch ein spezielles, optisches Element zur Modi-Umschaltung benötigen und / oder eine aufwändige sowie teure Herstellung erfordern und / oder die Auflösung im frei betrachtbaren Modus reduzieren.
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In vielen Fällen kann darüber ein als Polarisations-Recycling bekannter optischer Effekt nicht genutzt werden.
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Beschreibung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung zu beschreiben, welche flächig verteiltes Licht mindestens zweier verschiedener Merkmale wahlweise umschalten und/oder kombinieren kann, dieses in einer definierten Polarisation auszugeben und gleichzeitig in der Beleuchtungseinrichtung vorhandenes Licht, welches nicht die definierte Polarisation aufweist, mindestens teilweise derart zu recyceln, dass es schließlich mit der definierten Polarisation ausgekoppelt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer Beleuchtungseinrichtung, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 betrieben werden kann, umfassend
- - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung, die Licht mit einem ersten Merkmal abstrahlt (dieses Licht kann polarisiert oder unpolarisiert sein),
- - einen in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung gelegenen, plattenförmigen Lichtleiter, welcher auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb seines Volumens Auskoppelelemente aufweist, wobei der Lichtleiter für das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht zu mindestens 70% transparent ist,
- - seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters angeordnete Leuchtmittel,
- - wobei eine Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln in den Lichtleiter eingestrahltes und von den Auskoppelelementen aus dem Lichtleiter ausgekoppeltes Licht mindestens ein zweites Merkmal aufweist, das sich von dem ersten Merkmal unterscheidet, und das solches ausgekoppeltes Licht gleichzeitig eine erste und eine zweite Polarisationsart aufweist,
- - ein in Betrachtungsrichtung vor dem plattenförmigen Lichtleiter gelegenes erstes optisches Element, welches Licht der ersten Polarisationsart transmittiert und Licht der zweiten Polarisationsart reflektiert,
- - ein in Betrachtungsrichtung hinter dem plattenförmigen Lichtleiter gelegenes zweites optisches Element, welches in einer ersten Alternative als schaltbarer Spiegel ausgebildet ist und aus Richtung des Lichtleiters herrührendes Licht wahlweise reflektiert, welches in einer zweiten Alternative permanent Licht gleichzeitig teilweise reflektiert und transmittiert, oder welches in einer dritten Alternative Licht polarisationsabhängig reflektiert und/oder transmittiert,
- - wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung ein- und die Leuchtmittel ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel eingeschaltet sind,
- - so dass in der Betriebsart B2 ausschließlich Licht der Hintergrundbeleuchtung mit dem ersten Merkmal aus der Beleuchtungseinrichtung abgegeben wird, und so dass in der Betriebsart B1 mindestens Licht aus dem Lichtleiter aus der Beleuchtungseinrichtung abgegeben wird, wobei dieses Licht mindestens teilweise Licht der ersten Polarisationsart umfasst und mindestens das zweite Merkmal aufweist.
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Die beiden Betriebsarten B1 und B2 unterscheiden sich insbesondere dadurch, dass in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung ein- und die Leuchtmittel (an den Schmalseiten des Lichtleiters) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel (an den Schmalseiten des Lichtleiters) eingeschaltet sind. Dabei wird nur Licht berücksichtigt, was ursprünglich von den Leuchtmitteln in den Lichtleiter eingestrahlt und von diesem anschließend wieder über die Auskoppelelemente abgestrahlt wurde, wobei die Abstrahlung nahezu ausschließlich über die Auskoppelemente erfolgt.
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Für die erste und zweite Polarisation kommen insbesondere zwei senkrecht zueinander stehende, lineare Polarisationen in Frage. Es ist aber auch möglich, andere Polarisationsarten zu verwenden, wie etwa zirkular und/oder elliptisch.
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Für die Erfindung ist wesentlich, dass Licht der zweiten Polarisation durch das erste optische Element in Richtung des zweiten optischen Elements zurückgeworfen wird und somit zunächst in der Beleuchtungseinrichtung verbleibt. Da aus einem Lichtleiter in einer wie vorstehend beschriebenen Beleuchtungseinrichtung regelhaft kein polarisiertes Licht ausgekoppelt wird, würde dieses Licht der zweiten Polarisation normalerweise für die Nutzbilanz verloren gehen. Erfindungsgemäß wird dieses jedoch reflektiert, geht dann durch den Lichtleiter hindurch und wird dann aufgrund des zweiten optischen Elements teilweise oder ganz in Richtung des ersten optischen Elements zurückgeworfen.
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Aufgrund von Streuung und damit verbundener Polarisationszerstörung (z.B. durch Streuung an einer Oberfläche im Aufbau, an den Auskoppelelementen und/oder im Volumen des Lichtleiters) und/oder, in weiter unten noch beschriebenen Ausgestaltungen, direkter Polarisationsänderung durch eine oder mehrere dedizierte Schichten (wie etwa Wellenplatten), enthält das dann mindestens teilweise wieder in Richtung des ersten optischen Elements zurückreflektierte Licht mindestens teilweise die erste Polarisationseigenschaft, so dass der entsprechende Lichtanteil durch das erste optische Element hindurchdringen und als Nutzlicht mit der ersten Polarisation verwendet werden kann.
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Auf diese Weise wird mindestens ein Teil des Lichts recycelt, welches mit der zweiten Polarisation auf das erste optische Element trifft.
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Weiterhin wird aufgrund des zweiten optischen Elements Licht teilweise oder ganz in Richtung des ersten optischen Elements zurückgeworfen, welches von vornherein ungewollt aus dem Lichtleiter in Richtung des zweiten optischen Elements ausgekoppelt wurde (ohne unmittelbar nach seiner Auskopplung auf das erste optische Element zu treffen).
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Es muss hervorgehoben werden, dass die vorgenannten Mechanismen des Polarisationsrecyclings in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung stattfinden, vollkommen oder nahezu vollkommen ohne das erste Merkmal des von der Hintergrundbeleuchtung ausgesandten Lichts zu zerstören, was so im Stand der Technik unbekannt ist.
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Ein besonders großer Vorteil, der sich durch das erfindungsgemäße Polarisationsrecycling ergibt, besteht darin, dass wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung im Zusammenspiel mit einem LCD-Panel verwendet wird, somit eine höhere Helligkeit erzielt wird, weil mehr vorpolarisiertes Licht der ersten Polarisation in Richtung des LCD-Panels abgeben wird, als in Systemen ohne die erfindungsgemäßen Merkmale.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus und die Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus ausgelegt, indem
- - die flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei dieser eingeschränkte Winkelbereich dem ersten Merkmal des Lichts entspricht,
- - wobei die Auskoppelelemente in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt sind, dass der Lichtleiter auf mindestens 50% seiner Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, gemessen gemäß ASTM D1003, wodurch das von der Hintergrundbeleuchtung mindestens in der Betriebsart B2 in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlte Licht beim Durchgang durch den Lichtleiter höchstens geringfügig außerhalb des besagten Winkelbereichs gestreut wird,
- - wobei ferner eine Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln in den Lichtleiter eingestrahltes und von den Auskoppelelementen aus dem Lichtleiter ausgekoppeltes Licht in einen Winkelbereich größer als 60° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen des Lichtleiters senkrechte Vorzugsrichtungen abgestrahlt wird, was dem zweiten Merkmal des Lichts entspricht.
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Als eingeschränkter Winkelbereich kann grundsätzlich jeder Bereich in Frage kommen, der kleiner als der Halbraum vor der Hintergrundbeleuchtung ist; bevorzugt ist hier aber z.B. ein Winkelbereich von +/-20 oder 30 Grad horizontal und / oder vertikal oder als Konus um die Flächennormale bzw. einen wählbaren Richtungsvektor auf der Hintergrundbeleuchtung gemeint; kleine Lichtmengen von weniger als 1 % bis 5% Maximal-Helligkeit können bei der Definition des eingeschränkten Winkelbereichs außer Betracht bleiben. Die Begriffe „vertikal“ und „horizontal“ beziehen sich dabei zunächst allgemein auf zwei senkrecht zueinander liegende Vorzugsrichtungen auf der Fläche der Hintergrundbeleuchtung oder einer Großfläche eines Lichtleiters, die im Betrieb je nach Orientierung des mit der Beleuchtungseinrichtung verwendeten, in der Regel fixierten Bildschirms, einer tatsächlich in Bezug auf die Position eines Betrachters und damit der Erdoberfläche horizontalen oder vertikalen Richtung entsprechen.
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Ferner können das erste und das zweite Merkmal des Lichts jeweils unterschiedliche Farben bzw. Farbtemperaturen des jeweiligen Lichts einschließen oder ausschließlich bilden.
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Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass das erste und das zweite Merkmal des Lichts jeweils unterschiedliche Lichtmuster einschließen oder ausschließlich bilden.
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Weiterhin ist es möglich, dass eine Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln in den Lichtleiter eingestrahltes und von den Auskoppelelementen aus dem Lichtleiter ausgekoppeltes Licht die folgenden Bedingung erfüllt:
- - mehr als 40% der auf einer der Großflächen zwischen einem Winkelbereich von -50° und +50° zur Flächennormalen der Großfläche ausgekoppelten Lichtmenge wird zwischen einem Winkelbereich von -20° und +20° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen senkrechte Vorzugsrichtungen abgestrahlt, und / oder mehr als 60% der auf einer der Großflächen zwischen einem Winkelbereich von -50° und +50° zur Flächennormalen der Großfläche ausgekoppelten Lichtmenge wird zwischen einem Winkelbereich von -30° und +30° bezogen auf die eine oder zwei Vorzugsrichtungen abgestrahlt.
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Bei dem ersten optischen Element kann es sich um einen reflektierenden Polarisator, bevorzugt um einen Wiregrid-Polarisator und/oder eine DBEF™ -Folie von 3M, handeln.
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Weiterhin kann das zweite optische Element ein schaltbarer Spiegel sein, welcher aus Richtung des Lichtleiters herrührendes Licht beim Einschalten der Spiegelfunktion reflektiert und ansonsten Licht, egal welcher Einfallsrichtung, überwiegend transmittiert.
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Alternativ ist es möglich, dass das zweite optische Element ein Strahlteiler ist, welcher Licht permanent gleichzeitig teilweise reflektiert und teilweise transmittiert.
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Schließlich sind weitere Varianten denkbar, etwa wenn in einer dritten Alternative Licht polarisationsabhängig reflektiert und/oder transmittiert wird. Hierbei handelt es sich beispielsweise um chiral-selektive Spiegel.
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Die Effizienz der Erfindung in Bezug auf das Polarisationsrecycling kann ferner gesteigert werden, wenn weiterhin mindestens eine Wellenplatte und/oder eine Streuschicht in der Beleuchtungseinrichtung vorhanden ist. Diese kann permanent oder schaltbar wirkend ausgestaltet sein.
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Diesbezüglich ist es denkbar, dass in Betrachtungsrichtung unterhalb -jedoch nicht unbedingt in unmittelbar unterhalb- des Lichtleiters mindestens eine lambda/4- oder eine lambda-3/4-Wellenplatte und/oder eine anamorphotische oder eine andere Streuschicht vorhanden ist, welche vom ersten optischen Element durch den Lichtleiter zurückreflektiertes Licht der zweiten Polarisation in seinen Polarisationseigenschaften ändert, sowohl bevor und nachdem dieses auf das zweite optische Element zur Rückreflexion in Richtung Lichtleiter trifft.
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Eine solche Wellenplatte kann sich jedoch auch oberhalb des Lichtleiters befinden.
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Besonders vorteilhaft wird vermittels der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung ein Bildschirm generiert, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann. Dieser umfasst:
- - eine erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung, wie vorstehend beschrieben, sowie
- - einen in Betrachtungsrichtung vor dem Lichtleiter angeordneten transmissiven Bildgeber, in welchen optional das erste optische Element direkt integriert ist.
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Bei einem solchen Bildgeber handelt es sich beispielsweise um ein LCD-Panel, in welches beleuchtungsseitig z.B. ein Wire-Grid-Polarisator als erstes optisches Element eingebaut ist. Derartige LCD-Panels sind am Markt verfügbar.
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Ferner ist es für die Erfindung von Vorteil, wenn ein Bildgeber verwendet wird, der aus Pixeln zusammengesetzt ist, die wiederum aus Subpixeln bestehen, und jede Abmessung der besagten Auskoppelelemente in Höhe, Tiefe und Breite kleiner ist als das Minimum aus Breite und Höhe der Subpixel eines verwendeten Bildgebers, d.h. kleiner als das Minimum dieser beiden Werte. Bevorzugt ist jede Abmessung der besagten Auskoppelelemente in Höhe, Tiefe und Breite sogar um einen Faktor 1,3; 1,5 oder 2,0 kleiner als das Minimum aus Breite und Höhe der Subpixel eines verwendeten Bildgebers. Das Bild wird auf diese Weise homogener und es lassen sich Überlagerungserscheinungen von Strukturmuster und Subpixelmuster u.U. vermeiden.
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Der Lichtleiter kann aus einem transparenten, thermoplastischen, duroplastischen oder thermoelastischen Kunststoff oder aus Glas bestehen. Beispielsweise kann der Lichtleiter bzw. sein Substrat mindestens 40 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bevorzugt mindestens 60 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bezogen auf sein Gewicht, umfassen. Alternativ kann es sich beispielsweise um Polycarbonat (z.B. PC, COP oder PMMI) handeln.
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Die Hintergrundbeleuchtung besteht beispielsweise aus
- - einem flächigen Strahler, vorzugsweise einem Lichtleiter mit seitlich oder auf der Rückseite angeordneten Leuchtmitteln,
- - mindestens einem in den flächigen Strahler integrierten und / oder davor angeordneten Lichtkollimator, wie etwa einem Licht-Control-Filter und/oder einem oder mehreren Prismenfolien;
- - optional kann weiterhin mindestens eine Wellenplatte (lambda/4 oder lambda-3/4) enthalten sein.
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Entsprechend kann also die Hintergrundbeleuchtung grundsätzlich aufgebaut sein wie ein LED-Backlight, beispielsweise als sogenanntes Side-light, Edgelight, Direct LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder als ein anderer Flächenstrahler, auf welchen z.B. mindestens ein permanenter Privacy-Filter (mit Mikrolamellen) aufgebracht ist. Andere Varianten sehen den Einsatz von sogenannten „Directed Backlights“, also gerichteten Hintergrundbeleuchtungen, vor.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass für die Betriebsart B1 in Abhängigkeit von vorgegebenen Grenzwinkeln σ, γ das ausgekoppelte Licht, welches aus dem Lichtleiter in einem Winkel β austritt, an jedem Punkt der Oberfläche des Lichtleiters in Winkelbereichen, die den Bedingungen 80° > β > γ und / oder -80° < β < -σ, mit 10° < γ < 80° und 10° < σ < 80° genügen, bevorzugt γ = σ = 40°, gemessen senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters und in mindestens einer der beiden Vorzugsrichtungen maximal 80%, bevorzugt 60% besonders bevorzugt maximal 50% von der Lichtstärke aufweist, die das Licht aufweist, welches von einem solchen Punkt der Oberfläche des Lichtleiters entlang der Normalen der Oberfläche austritt. Die Vorzugsrichtung ist dabei oft die vertikale Orientierung. Ein negativer Winkel wird dabei o.B.d.A. (ohne Beschränkung der Allgemeinheit) derjenigen Seite zugeordnet, auf der das Licht eingekoppelt wird, ein Winkel von -90° entspricht also einer Richtung, aus der eingekoppelt wird. Die Grenzwinkel σ, γ werden dabei fest vorgegeben, und zwar anhand der für die jeweilige Anwendung gewünschten optischen Leistung. Im Falle der besonders bevorzugten Grenzwinkel γ = σ = 40° gilt die Lichtstärkebedingung dann nur für Winkel zwischen -40° und -80° sowie 40° und 80°. Je kleiner die Grenzwinkel σ, γ jeweils sind, umso mehr wird das Licht in der bzw. den entsprechenden Vorzugsrichtungen zur Mittelsenkrechten konzentriert. Beispielsweise können im PKW, wo Fahrer und Beifahrer in der Betriebsart B1 in relativ gut zu definierenden Betrachtungswinkeln auf einen Bildschirm mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung schauen, die Grenzwinkel σ, γ eher kleiner als 40° gewählt werden. Demgegenüber können in einem Laptop aufgrund der Klappbarkeit des Bildschirms und des universalen Einsatzszenarios hinsichtlich der Betrachtungswinkel verschiedener Personen Werte um 40° oder größer sinnvoll sein. Die 80°-Grenze kann unter Umständen auch 70° betragen und ggf. noch andere Werte annehmen.
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Dadurch wird z.B. eine Verminderung von störenden Reflektionen in der Windschutzscheibe, vor allem bei Nachtfahrten, erzielt, wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einem Bildschirm in einem Fahrzeug eingebaut ist. Fernerhin wird bei Einhalten der vorgenannten Bedingung eine gute Leistungseffizienz aus dem Lichtleiter erzielt.
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In der Betriebsart B1 sind wie vorstehend beschrieben mindestens die Leuchtmittel an den Schmalseiten des Lichtleiters eingeschaltet. Es ist dabei möglich, dass die Hintergrundbeleuchtung ein- oder ausgeschaltet ist.
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Die geforderten, für die Erfindung wesentlichen Eigenschaften für die Auskoppelelemente hinsichtlich ihrer Anzahl pro Flächeneinheit, ihrer Form und Ausdehnung in drei Dimensionen sowie ihrer Verteilung auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters können beispielsweise mit einer Optik-Simulationssoftware wie etwa „LightTools“ der Firma Synopsis oder anderer Anbieter bestimmt und dann entsprechend physisch umgesetzt werden.
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Es ist möglich, dass Auskoppelelemente auf beiden Großflächen und zusätzlich optional im Volumen angebracht sind.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters so vorgegeben ist, dass das ausgekoppelte Licht auf mindestens 70% der Fläche des Lichtleiters eine Leuchtdichtehomogenität von mindestens 70% erreicht.
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Die Auskoppelelemente weisen maximale Abmessungen von 100 µm, bevorzugt jedoch zwischen 1 µm und 30 µm auf.
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Bei den Auskoppelelementen handelt es sich in der Regel um Mikrolinsen und / oder Mikroprismen und / oder diffraktive Strukturen und / oder dreidimensionale Strukturelemente und / oder Streuelemente. Im Falle von diffraktiven Strukturen kann es sich beispielsweise um ein Hologramm bzw. ein Gitter/Beugungsgitter handeln.
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Die Auskoppelelemente sind dabei in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt sind, dass der Lichtleiter auf mindestens 50%, bevorzugt 80% seiner Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, bevorzugt kleiner als 2%, besonders bevorzugt kleiner als 1 %, gemessen gemäß ASTM D1003 - wobei hier die Messung gemäß der gebräuchlicheren Prozedur A mit einem Hazemeter als Referenz zugrunde gelegt wird -, wodurch das von der Hintergrundbeleuchtung mindestens in der Betriebsart B2 in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlte Licht beim Durchgang durch den Lichtleiter höchstens geringfügig außerhalb des besagten Winkelbereichs gestreut wird. Unter „geringfügig“ ist beispielsweise zu verstehen, dass - aufgrund des geringen Haze - in einem Winkel von beispielsweise horizontal 40° von der Flächennormalen maximal 1 % der Leuchtdichte durch Streuung hinzukommt, die die Beleuchtungseinrichtung in einem Winkel von 0° abstrahlt.
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Die Auskoppelelemente können bei der Herstellung des Lichtleiters entsprechend anpassbarer und vorgebbarer Bedingungen für die Auskopplung des Lichts grundsätzlich auf verschiedene Weise in oder auf dem Lichtleiter verteilt werden. Bei den Auskoppelelementen handelt es sich um lokal begrenzte Strukturänderungen im Volumen oder/und auf den Oberflächen des Lichtleiters. Ausdrücklich nicht unter den Begriff des Auskoppelelements fallen daher zusätzliche optische Schichten, die auf den Flächen des Lichtleiters angebracht werden, d.h. z.B. Diffusionsschichten, Reflexionsschichten oder (duale) helligkeitsverstärkende oder auch polarisationsrecycelnde Schichten ((dual) brightness enhancement film - (D)BEF). Diese, nicht unter den Begriff des „Auskoppelelements“ fallenden zusätzlichen Schichten werden mit dem Lichtleiter nur an den Ränder verbunden, liegen im Bereich der Großflächen jedoch nur lose auf und bilden mit dem Lichtleiter keine physische Einheit. Hingegen bilden auf den Großflächen aufgebrachte Lacke, die sich mit dem Lichtleiter durch chemische Reaktionen verbinden, eine physische Einheit, sind nicht mehr voneinander zu trennen; solche Lacke zählen daher nicht als zusätzliche Schicht im oben genannten Sinne.
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Die Struktur der Auskoppelelemente kann vorgegeben werden, so dass die Wirkung eines jeden Auskoppelelements zumindest näherungsweise bekannt ist und Eigenschaften des Lichtleiters bzw. des aus dem Lichtleiter tretenden Lichts gezielt durch eine vorgebbare Verteilung der Auskoppelelemente festgelegt werden können.
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In besonderen Ausgestaltungen ist es auch möglich, dass innerhalb des Volumens des Lichtleiters ausgebildete Auskoppelelemente vorhanden sind, wobei diese Auskoppelelemente als Hohlräume ausgebildet sind, welche bevorzugt die äußere Form von Mikrolinsen, Mikroprismen oder diffraktiven Strukturen aufweisen.
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Dabei können die Hohlräume mit einem gasförmigen, flüssigen oder einem festen Material ausgefüllt sein, wobei das Material einen Brechungsindex aufweist, welcher von dem des für den Lichtleiter verwendeten Materials abweicht, bevorzugt geringer ist, oder dass die Hohlräume luftleer sind.
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Außerdem ist es denkbar, dass dass die Hohlräume mit einem gasförmigen, flüssigen oder einem festen Material ausgefüllt sind, wobei das Material einen Haze-Wert aufweist, welcher von dem des für den Lichtleiter verwendeten Materials abweicht, bevorzugt höher ist.
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In diesem Zusammenhang besteht überdies die Möglichkeit, dass der Lichtleiter aus zwei miteinander an Grenzflächen verbundenen, vorzugsweise gleichartigen Substratschichten gebildet ist und die Hohlräume als Materialaussparungen an mindestens einer der Grenzflächen, bevorzugt die äußere Form von Mikrolinsen, Mikroprismen, dreidimensionalen Strukturelementen oder diffraktiven Strukturen aufweisend, ausgebildet sind.
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Wenn die Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters angebracht sind, so werden diese vorteilhaft aus einem mit einem Werkzeug strukturierten Kunststoff oder Glas gebildet, dessen Struktur vermittels eines Werkzeuges thermisch eingeprägt wurde. Dies ist z.B. in Massenproduktion möglich, indem auf ein Lichtleitersubstrat ein UV-härtendes Material - z.B. ein Lack, ein Monomer etc. - aufgebracht wird, welches vermittels eines Werkzeuges strukturiert und durch UV-Strahlung ausgehärtet, z.B. polymerisiert wird. Andere durch Strahlung härtende Materialien können ebenfalls eingesetzt werden. Die Ausbildung der Aussparungen zur Realisierung der Auskoppelelemente lässt sich beispielsweise mechanisch, lithographisch oder drucktechnisch realisieren, oder aber auch materialauftragend, -umwandelnd, -abtragend oder -auflösend.
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Damit können z.B. Gitterstrukturen, Mikroprismen - entweder konvex mit Kunststoffanteil auf der Oberfläche nach außen zeigend, und / oder konkav als Einprägung bzw. Aussparung innerhalb der Oberflächenschicht des strukturierten Kunststoffs -, sonstige dreidimensionale Strukturelemente mit anderen Formen, oder auch Mikrolinsen kostengünstig und mit Massenfertigungstauglichkeit umgesetzt werden. Konkav ausgebildete und konvex ausgebildete Strukturen können gleichermaßen zum Einsatz kommen.
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Vorteilhaft ist die Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters so vorgegeben, dass das ausgekoppelte Licht auf mindestens 70% der Fläche des Lichtleiters eine Leuchtdichtehomogenität von 70% erreicht. Die Leuchtdichtehomogenität kann hierzu als Lv min/Lv max definiert werden, also als Verhältnis des kleinsten Wertes der Leuchtdichte zum größten Wert pro Flächeneinheit. Eine andere anwendbare Vorschrift zur Definition der Leuchtdichtehomogenität ist in dem „Uniformity Measurement Standard for Displays V1.3“ vom Deutschen Flachdisplay-Forum definiert.
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Auf der Oberseite des Bildgebers und / oder auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters wie auch auf mindestens einem der Privacyfilter, wenn vorhanden, können Mittel zur Reflexminderung oder -steuerung, beispielsweise eine Antiglare- und / oder eine Antireflexbeschichtung, angeordnet sein.
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In allen vorgenannten Ausgestaltungen können die besagten Leuchtmittel LEDs bzw. LED-Zeilen oder Laserdioden sein. Andere Varianten sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung.
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Besonders vorteilhaft findet ein Bildschirm mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung Verwendung in einem Fahrzeug zur wahlweisen Darstellung von Bildinhalten lediglich für den Beifahrer in der Betriebsart B2 bzw. gleichzeitig für den Fahrer und den Beifahrer in der Betriebsart B1. Ersteres ist z.B. hilfreich, wenn der Beifahrer sich Unterhaltungsinhalte anschaut, die den Fahrer ablenken könnten.
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Ferner ist es für einige Anwendungen vorteilhaft, wenn der besagte eingeschränkte Winkelbereich asymmetrisch um die Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung ausgebildet ist. Die asymmetrische Ausbildung erfolgt bevorzugt in einer der Vorzugsrichtungen. Dies ist insbesondere bei Anwendungen im Fahrzeug hilfreich, etwa wenn ein mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung zu kombinierender Bildschirm als sogenanntes Center-information-Display im Armaturenbrett etwa in der Mitte zwischen Fahrer und Beifahrer angeordnet ist. Dann muss der in der Betriebsart B2 ausschließlich für den Beifahrer freigegebene, eingeschränkte Winkelbereich für die Sicht asymmetrisch gestaltet, also auf den Beifahrer gerichtet, sein. Die Vorzugsrichtung, in welcher die Asymmetrie ausgebildet ist, entspricht hier der Horizontalen.
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Ein Bildschirm mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung kann gleichsam verwendet werden zur Eingabe oder Anzeige von vertraulichen Daten, beispielweise von PIN-Geheimnummern, E-Mails, SMS oder Passwörtern, an Geldautomaten, Zahlungsterminals oder mobilen Geräten.
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Weiterhin können die gewünschten eingeschränkten Winkelbereiche für den Modus B2 für eine eingeschränkte Sicht jeweils für die horizontale und vertikale Richtung unabhängig voneinander definiert und umgesetzt werden. Beispielsweise könnte in der vertikalen Richtung ein größerer Winkel (oder ggf. gar keine Einschränkung) sinnvoll sein, als in der horizontalen Richtung, etwa wenn bei Geldautomaten Personen mit unterschiedlicher Größe ein Bild sehen sollen, während der Seiteneinblick stark oder komplett eingeschränkt bleiben soll. Für POS-Zahlterminals sind hingegen auf Grund von Sicherheitsbestimmungen oftmals Sichteinschränkungen im Modus B2 sowohl in horizontaler als in vertikaler Richtung notwendig.
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Grundsätzlich bleibt die Leistungsfähigkeit der Erfindung erhalten, wenn die vorbeschriebenen Parameter in bestimmten Grenzen variiert werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale zeigen, näher erläutert. Es zeigt
- 1 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung,
- 1a eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer ersten Ausgestaltungsvariante,
- 2 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer zweiten Ausgestaltungsvariante,
- 3 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer dritten Ausgestaltungsvariante,
- 4 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer vierten Ausgestaltungsvariante,
- 5 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer fünften Ausgestaltungsvariante,
- 6 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer sechsten Ausgestaltungsvariante,
- 7 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer siebten Ausgestaltungsvariante,
- 8 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer achten Ausgestaltungsvariante,
- 9 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit einem Bildgeber in einer neunten Ausgestaltungsvariante, sowie
- 10 eine schematische Darstellung zur Definition der vertikalen Richtung des zu messenden Winkels β.
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Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen wieder.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 zeigt eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1a, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 betrieben werden kann und folgende Bestandteile umfasst:
- - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung 2, die Licht mit einem ersten Merkmal abstrahlt,
- - einen in Betrachtungsrichtung (hier in der Zeichenebene von oben) vor der Hintergrundbeleuchtung 2 gelegenen, plattenförmigen Lichtleiter 3, welcher auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb seines Volumens Auskoppelelemente 6 aufweist, wobei der Lichtleiter 3 für das von der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgehende Licht zu mindestens 70% transparent ist,
- - seitlich an Schmalseiten des Lichtleiters 3 angeordnete Leuchtmittel 4,
- - wobei eine Verteilung der Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln 4 in den Lichtleiter 3 eingestrahltes und von den Auskoppelelementen 6 aus dem Lichtleiter 3 ausgekoppeltes Licht mindestens ein zweites Merkmal aufweist, das sich von dem ersten Merkmal unterscheidet, und das solches ausgekoppeltes Licht gleichzeitig eine erste und eine zweite Polarisationsart aufweist,
- - ein in Betrachtungsrichtung vor dem plattenförmigen Lichtleiter 3 gelegenes erstes optisches Element 7, welches Licht der ersten Polarisationsart transmittiert und Licht der zweiten Polarisationsart reflektiert,
- - ein in Betrachtungsrichtung hinter dem plattenförmigen Lichtleiter 3 gelegenes zweites optisches Element 8, welches in einer ersten Alternative als schaltbarer Spiegel ausgebildet ist und aus Richtung des Lichtleiters 3 herrührendes Licht wahlweise reflektiert, welches in einer zweiten Alternative permanent Licht gleichzeitig teilweise reflektiert und transmittiert, oder welches in einer dritten Alternative Licht polarisationsabhängig reflektiert und/oder transmittiert,
- - 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,
- - so dass in der Betriebsart B2 ausschließlich Licht der Hintergrundbeleuchtung 2 mit dem ersten Merkmal aus der Beleuchtungseinrichtung 1a abgegeben wird, und so dass in der Betriebsart B1 mindestens Licht aus dem Lichtleiter 3 aus der Beleuchtungseinrichtung 1a abgegeben wird, wobei dieses Licht mindestens teilweise Licht der ersten Polarisationsart umfasst und mindestens das zweite Merkmal aufweist.
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Die beiden Betriebsarten B1 und B2 unterscheiden sich also dadurch, dass in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung 2 ein- und die Leuchtmittel 4 (an einer oder mehreren Schmalseiten des Lichtleiters 4) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel 4 (an der/den Schmalseite(n) des Lichtleiters 4) eingeschaltet sind. Dabei wird nur Licht berücksichtigt, was ursprünglich von den Leuchtmitteln 4 in den Lichtleiter 3 eingestrahlt und von diesem anschließend wieder über die Auskoppelelemente 6 abgestrahlt wurde, wobei die Abstrahlung nahezu ausschließlich über die Auskoppelemente 6 erfolgt.
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Für die erste und zweite Polarisation kommen insbesondere zwei senkrecht zueinander stehende, lineare Polarisationsebenen in Frage. Es ist aber auch möglich, andere Polarisationsarten zu verwenden, wie etwa zirkular und/oder elliptisch.
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Für die Erfindung ist wesentlich, dass Licht der zweiten Polarisation durch das erste optische Element 7 in Richtung des zweiten optischen Elements 8 zurückgeworfen wird und somit zunächst in der Beleuchtungseinrichtung 1a verbleibt. Da aus einem Lichtleiter 3 in Beleuchtungseinrichtung 1a regelhaft unpolarisiertes Licht ausgekoppelt wird, würde dieses Licht der zweiten Polarisation normalerweise für die Nutzbilanz verloren gehen. Erfindungsgemäß wird dieses jedoch durch das erste optische Element 7 reflektiert, geht dann durch den Lichtleiter 3 hindurch und wird dann aufgrund des optischen Elements 8 teilweise oder ganz in Richtung erstes optisches Element 7 zurückgeworfen.
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Licht der ersten Polarisation geht ungehindert durch das erste optische Element 7 hindurch. Aufgrund von Streuung und damit verbundener Polarisationszerstörung (z.B. durch Streuung an einer Oberfläche im Aufbau der Beleuchtungseinrichtung 1a, Streuung an den Auskoppelelementen 6 und/oder im Volumen des Lichtleiters 3) und/oder -in weiter unten noch beschriebenen Ausgestaltungen- direkter bzw. definierter Polarisationsänderung durch eine oder mehrere dedizierte Schichten (wie etwa Wellenplatten), enthält das dann mindestens teilweise wieder in Richtung des ersten optischen Elements 7 zurückreflektierte Licht mindestens teilweise die erste Polarisationseigenschaft, so dass der entsprechende Lichtanteil durch das erste optische Element 7 hindurchdringen und als Nutzlicht der ersten Polarisation verwendet werden kann.
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Auf diese Weise wird erfindungsgemäß mindestens ein Teil des Lichts recycelt, welches mit der zweiten Polarisation auf das erste optische Element 7 trifft, ohne die Möglichkeit zur Einschaltung der Hintergrundbeleuchtung 2 mit Licht eines ersten Merkmals zu verunmöglichen.
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Weiterhin wird aufgrund des optischen Elements 8 Licht teilweise oder ganz in Richtung des ersten optischen Elements 7 zurückgeworfen, welches von vornherein ungewollt aus dem Lichtleiter 3 in Richtung des zweiten optischen Elements 8 ausgekoppelt wurde (ohne direkt nach seiner Auskopplung auf das erste optische Element 7 zu treffen). Dies ist ein weiterer Vorteil für die Nutzungsbilanz des Lichtes.
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Es muss hervorgehoben werden, dass die vorgenannten Mechanismen des Polarisationsrecyclings in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1a stattfinden, vollkommen oder nahezu vollkommen ohne das erste Merkmal des von der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgesandten Lichts zu zerstören, was im Stand der Technik unbekannt ist.
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Ein besonders großer Vorteil, der sich durch das erfindungsgemäße Polarisationsrecycling ergibt, besteht darin, dass wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1a im Zusammenspiel mit einem LCD-Panel als Bildgeber 5 (wie weiter unten noch beschrieben ist) verwendet wird, somit eine höhere Helligkeit erzielt wird, weil mehr vorpolarisiertes Licht der ersten Polarisation in Richtung des LCD-Panels abgeben wird, als in Systemen ohne die erfindungsgemäßen Merkmale.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus und die Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus ausgelegt, indem
- - die flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung 2 Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei dieser eingeschränkte Winkelbereich dem ersten Merkmal des Lichts entspricht,
- - wobei die Auskoppelelemente 6 in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt sind, dass der Lichtleiter 3 auf mindestens 50% seiner Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, gemessen gemäß ASTM D1003, wodurch das von der Hintergrundbeleuchtung 2 mindestens in der Betriebsart B2 in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlte Licht beim Durchgang durch den Lichtleiter 3 höchstens geringfügig außerhalb des besagten Winkelbereichs gestreut wird,
- - wobei ferner eine Verteilung der Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln 4 in den Lichtleiter 3 eingestrahltes und von den Auskoppelelementen 6 aus dem Lichtleiter 3 ausgekoppeltes Licht in einen Winkelbereich größer als 60° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen des Lichtleiters 3 senkrechte Vorzugsrichtungen abgestrahlt wird, was dem zweiten Merkmal des Lichts entspricht.
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Als eingeschränkter Winkelbereich kann grundsätzlich jeder Bereich in Frage kommen, der kleiner als der Halbraum vor der Hintergrundbeleuchtung ist; bevorzugt ist hier aber z.B. ein Winkelbereich von +/-20 oder +/- 30 Grad oder +/- 45 Grad horizontal und / oder vertikal oder als Konus um die Flächennormale bzw. einen wählbaren Richtungsvektor auf der Hintergrundbeleuchtung gemeint; kleine Lichtmengen von weniger als 1% bis 5% Maximal-Helligkeit können bei der Definition des eingeschränkten Winkelbereichs außer Betracht bleiben. Die Begriffe „vertikal“ und „horizontal“ beziehen sich dabei zunächst allgemein auf zwei senkrecht zueinander liegende Vorzugsrichtungen auf der Fläche der Hintergrundbeleuchtung 2 oder einer Großfläche eines Lichtleiters 3, die im Betrieb je nach Orientierung des mit der Beleuchtungseinrichtung 1a verwendeten, in der Regel fixierten Bildschirms 5, einer tatsächlich in Bezug auf die Position eines Betrachters und damit der Erdoberfläche horizontalen oder vertikalen Richtung entsprechen.
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Zwar können das erste und das zweite Merkmal des Lichts jeweils unterschiedliche Farben bzw. Farbtemperaturen des jeweiligen Lichts einschließen oder ausschließlich bilden. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass das erste und das zweite Merkmal des Lichts jeweils unterschiedliche Lichtmuster einschließen oder ausschließlich bilden. Im Folgenden sollen jedoch nur Fälle betrachtet werden, in denen ein eingeschränkter Winkelbereich dem ersten Merkmal des Lichts und die Auskopplung von Licht in einen Winkelbereich größer als 60° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen des Lichtleiters 3 senkrechte Vorzugsrichtungen dem zweiten Merkmal des Lichts entspricht.
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Weiterhin ist es möglich, dass eine Verteilung der Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 so vorgegeben ist, dass von den Leuchtmitteln 4 in den Lichtleiter 3 eingestrahltes und von den Auskoppelelementen 6 aus dem Lichtleiter 3 ausgekoppeltes Licht die folgenden Bedingung erfüllt:
- - mehr als 40% der auf einer der Großflächen zwischen einem Winkelbereich
- - von -50° und +50° zur Flächennormalen der Großfläche ausgekoppelten Lichtmenge wird zwischen einem Winkelbereich von -20° und +20° bezogen auf eine oder zwei vorgegebene, zueinander und zur Flächennormalen senkrechte Vorzugsrichtungen abgestrahlt, und / oder mehr als 60% der auf einer der Großflächen zwischen einem Winkelbereich von -60° und +50° zur Flächennormalen der Großfläche ausgekoppelten Lichtmenge wird zwischen einem Winkelbereich von -30° und +30° bezogen auf die eine oder zwei Vorzugsrichtungen abgestrahlt.
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In allen Zeichnungen außer 1 sind die Leuchtmittel 4 und die Auskoppelelemente 6 der besseren Übersicht halber nicht dargestellt. Sie sind aber selbstredend in jedem Fall vorhanden.
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Besonders vorteilhaft wird -wie in 1a gezeigt- vermittels der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung 1a ein Bildschirm 1 generiert, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann. Dieser umfasst:
- - eine erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung 1a, wie vorstehend beschrieben, sowie
- - einen in Betrachtungsrichtung vor dem Lichtleiter 3 angeordneten transmissiven Bildgeber 5, in welchen optional das erste optische Element 7 direkt integriert ist.
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Alle folgenden Ausgestaltungsvarianten, dargestellt in den Zeichnungen 2-9, basieren auf der Nutzung eines solchen Bildgebers 5.
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Bei einem solchen Bildgeber 5 handelt es sich beispielsweise um ein LCD-Panel, in welches beleuchtungsseitig z.B. ein Wire-Grid-Polarisator eingebaut ist. Derartige LCD-Panels sind am Markt verfügbar. Anstelle des Wire-Grid-Polarisators kann aber auch z.B. eine DBEF-Folie eingesetzt werden, die dann nicht direkt in das LCD-Panel integriert ist.
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Ferner ist es für einige Anwendungen vorteilhaft, dass der besagte eingeschränkte Winkelbereich als erstes Merkmal des Lichts asymmetrisch um die Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgebildet ist. Die asymmetrische Ausbildung erfolgt bevorzugt in einer der Vorzugsrichtungen. Dies ist insbesondere bei Anwendungen im Fahrzeug hilfreich, etwa wenn ein mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1a zu erstellender Bildschirm 1 als sogenanntes Center-Information-Display im Armaturenbrett etwa in der Mitte zwischen Fahrer und Beifahrer angeordnet ist. Dann muss der in der Betriebsart B2 ausschließlich für den Beifahrer freigegebene, eingeschränkte Winkelbereich für die Sicht asymmetrisch gestaltet, also auf den Beifahrer gerichtet, sein. Die Vorzugsrichtung, in welcher die Asymmetrie ausgebildet ist, entspricht hier der Horizontalen.
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Bei dem ersten optischen Element 7 kann es sich um einen reflektierenden Polarisator, bevorzugt um einen Wiregrid-Polarisator und/oder einen DBEF™ -Folie von 3M, handeln.
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Weiterhin kann das zweite optische Element 8 ein schaltbarer Spiegel sein, welcher aus Richtung des Lichtleiters 3 herrührendes Licht beim Einschalten der Spiegelfunktion reflektiert und ansonsten Licht, egal welcher Einfallsrichtung, überwiegend transmittiert.
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Dies ist in 2, 3 und 4 schematisch gezeigt.
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Hier sind in diversen Variationen im Strahlengang noch lambda-4-Wellenplatten 9/9a, eine oder zwei Lamellenfilter 10, DBEF-Schichten 11 und/oder schwach streuende Schichten 12 vorhanden (die Elemente 10 und 11 entsprechen als Teile der zeichnerisch nicht komplett dargestellten Hintergrundbeleuchtung 2).
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Bei den schwach streuenden Schichten 12 kann es sich beispielsweise um einen anamorphotischen oder homogenen Diffusor handeln.
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In den Zeichnungen 3-9 ist die Hintergrundbeleuchtung 2 nicht eingezeichnet. Vielmehr ist diese hierbei jeweils durch einige ihrer Bestandteile unterhalb des zweiten optischen Elements 8 angedeutet, z.B. durch den Lamellenfilter 10 und/oder die DBEF 11 und/oder die Wellenplatte 9a. In jedem Falle schließt sich die Hintergrundbeleuchtung 2 stets in Betrachtungsrichtung des zweiten optischen Elements 8 an.
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Die Effizienz der Erfindung in Bezug auf das Polarisationsrecycling kann dadurch gesteigert werden, dass wie vorstehend beschrieben mindestens eine Wellenplatte 9 / 9a und/oder eine Streuschicht 12 in der Beleuchtungseinrichtung 1a vorhanden ist. Diese kann permanent oder schaltbar wirkend ausgestaltet sein.
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In den genannten Variationen ist es möglich, dass in Betrachtungsrichtung unterhalb -jedoch nicht unbedingt in unmittelbar unterhalb- des Lichtleiters 3 mindestens eine lambda/4- oder eine lambda-3/4- Wellenplatte 9 und/oder eine anamorphotische oder eine andere Streuschicht vorhanden ist, welche vom ersten optischen Element 7 durch den Lichtleiter 3 zurückreflektiertes Licht der zweiten Polarisation in seinen Polarisationseigenschaften ändert, sowohl bevor und nachdem dieses auf das optische Element 8 zur Rückreflexion in Richtung Lichtleiter 3 trifft.
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Alternativ ist es möglich, dass das zweite optische Element 8 ein Strahlteiler ist, welcher Licht permanent gleichzeitig teilweise reflektiert und transmittiert. Das Strahlteilungsverhältnis kann hier zweckmäßig gewählt werden, beispielsweise 40/60, 50/50 oder 60/40. Andere Varianten sind möglich.
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Derartige Ausgestaltungen sind in den 5, 6 und 7 gezeigt.
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Auch hier sind wieder in diversen Variationen im Strahlengang noch lambda-4-Wellenplatten 9 / 9a, einen oder zwei Lamellenfilter 10 und/oder DBEF-Schichten 11 (die Elemente 10 und 11 entsprechen als Teile der zeichnerisch nicht komplett dargestellten Hintergrundbeleuchtung 2) vorhanden.
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Schließlich sind weitere Varianten denkbar, etwa wenn in einer dritten Alternative Licht polarisationsabhängig reflektiert und/oder transmittiert wird. Hierbei handelt es sich beispielsweise um chiral-selektive Spiegel (schaltbar oder nicht schaltbar). Hierzu wurde keine separate Zeichnung beigefügt.
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In 8 ist ein Sonderfall dargestellt: Der Spiegel 8a als zweites optisches Element ist hier nicht schaltbar. Dabei kann es sich bei dem Spiegel 8a z.B. um einen ESR-Reflektor von 3M, um einen metallischen Spiegel oder um einen weißen Reflektor handeln.
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Eine Wellenplatte 9 kann sich auch oberhalb des Lichtleiters 3 befinden, wie in 9 dargestellt.
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Ferner ist es für die Erfindung von Vorteil, wenn ein Bildgeber 5 verwendet wird, der aus Pixeln zusammengesetzt ist, die wiederum aus Subpixeln bestehen, und jede Abmessung der besagten Auskoppelelemente 6 in Höhe, Tiefe und Breite kleiner ist als das Minimum aus Breite und Höhe der Subpixel eines verwendeten Bildgebers, d.h. kleiner als das Minimum dieser beiden Werte. Bevorzugt ist jede Abmessung der besagten Auskoppelelemente 6 in Höhe, Tiefe und Breite sogar um einen Faktor 1,3; 1,5 oder 2,0 kleiner als das Minimum aus Breite und Höhe der Subpixel eines verwendeten Bildgebers 5. Das Bild wird auf diese Weise homogener und es lassen sich Überlagerungserscheinungen von Strukturmuster und Subpixelmuster u.U. vermeiden.
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Die Hintergrundbeleuchtung 2 besteht beispielsweise aus
- - einem flächigen Strahler, vorzugsweise einem Lichtleiter mit seitlich oder auf der Rückseite angeordneten Leuchtmitteln (zeichnerisch nicht dargestellt),
- - mindestens einem in den flächigen Strahler integrierten und / oder davor angeordneten Lichtkollimator 10, wie etwa einem Licht-Control-Filter (Lamellenfilter oder vergleichbares Element) und/oder einem oder mehreren Prismenfolien, wie etwa einer DBEF,
- - optional kann auch hier weiterhin mindestens eine Wellenplatte 9a (lambda/4 oder lambda-3/4) enthalten sein.
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Entsprechend kann also die Hintergrundbeleuchtung 2 grundsätzlich aufgebaut sein wie ein LED-Backlight, beispielsweise als sogenanntes Side-light, Edgelight, Direct LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder als ein anderer Flächenstrahler, auf welchen z.B. mindestens ein permanenter Privacy-Filter 10 (mit Mikrolamellen) aufgebracht ist. Andere Varianten sehen den Einsatz von sogenannten „Directed Backlights“, also gerichteten Hintergrundbeleuchtungen, vor.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass für die Betriebsart B1 in Abhängigkeit von vorgegebenen Grenzwinkeln σ, γ das ausgekoppelte Licht, welches aus dem Lichtleiter in einem Winkel β austritt, an jedem Punkt der Oberfläche des Lichtleiters 3 in Winkelbereichen, die den Bedingungen 80° > β > γ und / oder -80° < β < -σ, mit 10° < γ < 80° und 10° < σ < 80° genügen, bevorzugt γ = σ = 40°, gemessen senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters 3 und in mindestens einer der beiden Vorzugsrichtungen maximal 80%, bevorzugt 60% besonders bevorzugt maximal 50% von der Lichtstärke aufweist, die das Licht aufweist, welches von einem solchen Punkt der Oberfläche des Lichtleiters 3 entlang der Normalen der Oberfläche austritt. Die Vorzugsrichtung ist dabei oft die vertikale Orientierung. Ein negativer Winkel wird dabei o.B.d.A. (ohne Beschränkung der Allgemeinheit) derjenigen Seite zugeordnet, auf der das Licht eingekoppelt wird, ein Winkel von -90° entspricht also einer Richtung, aus der eingekoppelt wird. Die Grenzwinkel σ, γ werden dabei fest vorgegeben, und zwar anhand der für die jeweilige Anwendung gewünschten optischen Leistung. Im Falle der besonders bevorzugten Grenzwinkel γ = σ = 40° gilt die Lichtstärkebedingung dann nur für Winkel zwischen -40° und - 80° sowie 40° und 80°. Je kleiner die Grenzwinkel σ, γ jeweils sind, umso mehr wird das Licht in der bzw. den entsprechenden Vorzugsrichtungen zur Mittelsenkrechten konzentriert. Beispielsweise können im PKW, wo Fahrer und Beifahrer in der Betriebsart B1 in relativ gut zu definierenden Betrachtungswinkeln auf einen Bildschirm 1 mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1a schauen, die Grenzwinkel σ, γ eher kleiner als 40° gewählt werden. Demgegenüber können in einem Laptop aufgrund der Klappbarkeit des Bildschirms 1 und des universalen Einsatzszenarios hinsichtlich der Betrachtungswinkel verschiedener Personen Werte um 40° oder größer sinnvoll sein. Die 80°-Grenze kann unter Umständen auch 70° betragen. Diesbezüglich zeigt 10 eine schematische Darstellung zur Definition der vertikalen Richtung des zu messenden Winkels β, wobei der Lichtleiter 3 (wie auch der nicht dargestellte Bildgeber 5) im Landscape-Modus angeordnet ist, d.h. die Langseiten befinden sich oben und unten. Die Strichpunktlinie stilisiert eine senkrecht auf der Oberfläche des Lichtleiters 3 stehende Richtung, zu der in vertikaler Ausrichtung bzw. Ebene, hier durch den mit „V“ beschrifteten Doppelpfeil gekennzeichnet, der Winkel β gemessen wird.
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Dadurch wird z.B. eine Verminderung von störenden Reflektionen in der Windschutzscheibe, vor allem bei Nachtfahrten, erzielt, wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1a in einem Bildschirm 1 in einem Fahrzeug eingebaut ist.
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Die geforderten, für die Erfindung wesentlichen Eigenschaften für die Auskoppelelemente 6 hinsichtlich ihrer Anzahl pro Flächeneinheit, ihrer Form und Ausdehnung in drei Dimensionen sowie ihrer Verteilung auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 können beispielsweise mit einer Optik-Simulationssoftware wie etwa „LightTools“ der Firma Synopsis oder anderer Anbieter bestimmt und dann entsprechend physisch umgesetzt werden.
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Es ist möglich, dass Auskoppelelemente 6 auf beiden Großflächen und zusätzlich optional im Volumen angebracht sind.
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Der Lichtleiter 3 kann aus einem transparenten, thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff oder aus Glas bestehen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Verteilung der Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 so vorgegeben ist, dass das ausgekoppelte Licht auf mindestens 70% der Fläche des Lichtleiters 3 eine Leuchtdichtehomogenität von mindestens 70% erreicht.
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Die Auskoppelelemente 6 weisen maximale Abmessungen von 100 µm, bevorzugt jedoch zwischen 1 µm und 30 µm auf.
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Bei den Auskoppelelementen 6 handelt es sich in der Regel um Mikrolinsen und / oder Mikroprismen und / oder diffraktive Strukturen und / oder dreidimensionale Strukturelemente und / oder Streuelemente. Im Falle von diffraktiven Strukturen kann es sich beispielsweise um ein Hologramm bzw. ein Gitter/Beugungsgitter handeln.
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Die Auskoppelelemente 6 sind dabei in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt sind, dass der Lichtleiter auf mindestens 50%, bevorzugt 80% seiner Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, bevorzugt kleiner als 2%, besonders bevorzugt kleiner als 1%, gemessen gemäß ASTM D1003 - wobei hier die Messung gemäß der gebräuchlicheren Prozedur A mit einem Hazemeter als Referenz zugrunde gelegt wird -, wodurch das von der Hintergrundbeleuchtung 2 mindestens in der Betriebsart B2 in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlte Licht beim Durchgang durch den Lichtleiter höchstens geringfügig außerhalb des besagten Winkelbereichs gestreut wird. Unter „geringfügig“ ist beispielsweise zu verstehen, dass - aufgrund des geringen Haze - in einem Winkel von beispielsweise horizontal 40° von der Flächennormalen maximal 1% der Leuchtdichte durch Streuung hinzukommt, die die Beleuchtungseinrichtung 1a in einem Winkel von 0° abstrahlt.
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Die Auskoppelelemente 6 können bei der Herstellung des Lichtleiters 3 entsprechend anpassbarer und vorgebbarer Bedingungen für die Auskopplung des Lichts grundsätzlich auf verschiedene Weise in oder auf dem Lichtleiter 3 verteilt werden. Bei den Auskoppelelementen 6 handelt es sich um lokal begrenzte Strukturänderungen im Volumen oder/und auf den Oberflächen des Lichtleiters. Ausdrücklich nicht unter den Begriff des Auskoppelelements 6 fallen daher zusätzliche optische Schichten, die auf den Flächen des Lichtleiters 3 angebracht werden, d.h. z.B. Diffusionsschichten, Reflexionsschichten oder (duale) helligkeitsverstärkende oder auch polarisationsrecycelnde Schichten ((dual) brightness enhancement film - (D)BEF). Diese, nicht unter den Begriff des „Auskoppelelements“ fallenden zusätzlichen Schichten werden mit dem Lichtleiter nur an den Ränder verbunden, liegen im Bereich der Großflächen jedoch nur lose auf und bilden mit dem Lichtleiter 3 keine physische Einheit. Hingegen bilden auf die Großflächen aufgebrachte Lacke, die sich mit dem Lichtleiter 3 durch chemische Reaktionen verbinden, eine physische Einheit, sind nicht mehr voneinander zu trennen; solche Lacke zählen daher nicht als zusätzliche Schicht im oben genannten Sinne.
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Die Struktur der Auskoppelelemente 6 kann vorgegeben werden, so dass die Wirkung eines jeden Auskoppelelements 6 zumindest näherungsweise bekannt ist und Eigenschaften des Lichtleiters 3 bzw. des aus dem Lichtleiter 3 tretenden Lichts gezielt durch eine vorgebbare Verteilung der Auskoppelelemente 6 festgelegt werden können.
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Wenn die Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters 3 angebracht sind, so werden diese vorteilhaft aus einem mit einem Werkzeug strukturierten Kunststoff oder Glas gebildet, dessen Struktur vermittels eines Werkzeuges eingeprägt wurde. Dies ist z.B. in Massenproduktion möglich, indem auf ein Lichtleitersubstrat ein UV-härtendes Material - z.B. ein Lack, ein Monomer etc. - aufgebracht wird, welches vermittels eines Werkzeuges strukturiert und durch UV-Strahlung ausgehärtet, z.B. polymerisiert wird. Andere durch Strahlung härtende Materialien können ebenfalls eingesetzt werden. Die Ausbildung der Aussparungen zur Realisierung der Auskoppelelemente 6 lässt sich beispielsweise mechanisch, lithographisch oder drucktechnisch realisieren, oder aber auch materialauftragend, -umwandelnd, -abtragend oder -auflösend.
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Damit können z.B. Gitterstrukturen, Mikroprismen - entweder konvex mit Kunststoffanteil auf der Oberfläche nach außen zeigend, und / oder konkav als Einprägung bzw. Aussparung innerhalb der Oberflächenschicht des strukturierten Kunststoffs -, sonstige dreidimensionale Strukturelemente mit anderen Formen, oder auch Mikrolinsen kostengünstig und mit Massenfertigungstauglichkeit umgesetzt werden. Konkav ausgebildete und konvex ausgebildete Strukturen können gleichermaßen zum Einsatz kommen.
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Vorteilhaft ist die Verteilung der Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens des Lichtleiters 3 so vorgegeben, dass das ausgekoppelte Licht auf mindestens 70% der Fläche des Lichtleiters 3 eine Leuchtdichtehomogenität von 70% erreicht. Die Leuchtdichtehomogenität kann hierzu als Lvmin/Lvmax definiert werden, also als Verhältnis des kleinsten Wertes der Leuchtdichte zum größten Wert pro Flächeneinheit. Eine andere anwendbare Vorschrift zur Definition der Leuchtdichtehomogenität ist in dem „Uniformity Measurement Standard for Displays V1.3“ vom Deutschen Flachdisplay-Forum definiert. Es ist alternativ auch möglich, die Leuchtdichtehomogenität z.B. als 9-Punkt-Test nach ICDM zu definieren.
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Auf der Oberseite des Bildgebers 5 und / oder auf mindestens einer der Großflächen des Lichtleiters 3 wie auch auf mindestens einem der Privacyfilter (Lamellenfilter) 10, wenn vorhanden, können Mittel zur Reflexminderung oder -steuerung, beispielsweise eine Antiglare- und / oder eine Antireflexbeschichtung, angeordnet sein.
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Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1a löst die gestellte Aufgabe:
- Es wurde eine Beleuchtungseinrichtung beschrieben, durch welche flächig verteiltes Licht mindestens zweier verschiedener Merkmale wahlweise umgeschaltet und/oder kombiniert werden kann, wobei dieses Licht in einer definierten Polarisation ausgeben wird. Gleichzeitig wird in der Beleuchtungseinrichtung vorhandenes Licht, welches nicht die definierte Polarisation aufweist, mindestens teilweise derart recycelt, dass es schließlich mit der definierten Position ausgekoppelt wird.
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Die vorangehend beschriebene Erfindung kann in Kombination mit einem Bildgeber vorteilhaft überall da angewendet werden, wo vertrauliche Daten angezeigt und / oder eingegeben werden, wie etwa bei der PIN-Eingabe oder zur Datenanzeige an Geldautomaten oder Zahlungsterminals oder zur Passworteingabe oder beim Lesen von Emails auf mobilen Geräten. Die Erfindung kann -wie weiter oben beschrieben- auch im PKW angewendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bildschirm
- 1a
- Beleuchtungseinrichtung
- 2
- Hintergrundbeleuchtung
- 3
- Lichtleiter
- 4
- Leuchtmittel
- 5
- transmissiver Bildgeber
- 6
- Auskoppelelemente
- 7
- optisches Element, welches Licht der ersten Polarisationsart transmittiert und Licht der zweiten Polarisationsart reflektiert (z.B. reflektierenden Polarisator)
- 8
- optisches Element (selektiver oder schaltbarer Spiegel oder Strahlteiler)
- 8a
- Permanenter Spiegel
- 9
- Wellenplatte
- 9a
- Wellenplatte
- 10
- Lamellenfilter
- 11
- DBEF
- 12
- Streuschicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6765550 [0004]
- US 5993940 [0005]
- WO 2012/033583 [0006]
- US 2009/0067156 [0007, 0008, 0009]
- US 2012/0235891 [0010]
- JP 2007155783 [0011]
- GB 2428128 A [0012]
- US 2013/0308185 [0013]
- WO 2015/121398 [0014]