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Technisches 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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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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Stand der Technik
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Die Schrift
US 5,956,107 A offenbart eine umschaltbare Lichtquelle, mit der ein Bildschirm in mehreren Modi betrieben werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass sämtliche Lichtauskopplung auf Streuung beruht und damit nur geringe Effizienz sowie nichtoptimale Lichtrichtungseffekte erzielt werden. Insbesondere die Erzielung eines fokussierten Lichtkegels wird nicht näher offenbart.
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In der
CN 107734118 A ist ein Bildschirm beschrieben, der mittels zwei Hintergrundbeleuchtungen den Betrachtungswinkel eines Bildschirms kontrollierbar gestaltet. Die obere der beiden Hintergrundbeleuchtungen soll hierzu fokussiertes Licht aussenden. Als Ausgestaltung dazu wird insbesondere ein Gitter mit opaken und transparenten Abschnitten genannt. Selbiges führt jedoch mutmaßlich dazu, dass auch das Licht der zweiten Hintergrundbeleuchtung, welches die erste in Richtung eines LCD-Panels durchdringen muss, ebenfalls fokussiert wird und mithin der eigentlich für einen breiten Betrachtungswinkel vorgesehene öffentliche Betrachtungsmodus eine deutliche Winkelschmälerung erleidet.
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Die
US 2007/030240 A1 beschreibt ein optisches Element zur Kontrolle der Lichtausbreitungsrichtung von aus einer Hintergrundbeleuchtung herrührenden Lichtes. Dieses optische Element verlangt beispielsweise Flüssigkristalle in Form von PDLCs, was zum einen teuer, zum anderen aber insbesondere für Endkundenanwendungen sicherheitskritisch ist, da PDLC-Flüssigkristalle in der Regel Spannungen höher als 60V für Ihre Schaltung benötigen.
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Ferner beschreibt die
US 2018/0267344 A1 einen Aufbau mit zwei flachen Beleuchtungsmodulen. Hierbei wird das Licht des in Betrachtungsrichtung hinten liegenden Beleuchtungsmodules durch eine separate Struktur fokussiert. Nach der Fokussierung muss das Licht noch das vordere Beleuchtungsmodul passieren, welches über Streuelemente verfügt. Somit ist eine starke Lichtfokussierung für einen Sichtschutz nicht optimal umsetzbar.
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Schließlich offenbart die
US 2007/0008456 A1 die Aufteilung eines Lichtabstrahlwinkels in mindestens 3 Bereiche, wobei in der Regel zwei Bereiche davon mit Licht beaufschlagt werden. Hieraus ergibt sich, dass ein Sichtschutz, bei dem ein so beleuchtetes Display verwendet wird, nicht allein aus einer Richtung betrachtbar sein kann.
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Die
WO 2015/121398 A1 der Anmelderin beschreibt einen Bildschirm der eingangs beschriebenen Art. Dort sind für die Umschaltung der Betriebsarten essentiell Streupartikel im Volumen des entsprechenden Lichtleiters vorhanden. Die dort gewählten Streupartikel aus einem Polymerisat weisen jedoch in der Regel den Nachteil auf, dass Licht aus beiden Großflächen ausgekoppelt wird, wodurch etwa die Hälfte des Nutzlichtes in die falsche Richtung, nämlich zur Hintergrundbeleuchtung hin, abgestrahlt und dort aufgrund des Aufbaus nicht in hinreichendem Umfang recycelt werden kann. Überdies können die im Volumen des Lichtleiters verteilten Streupartikel aus Polymerisat unter Umständen, insbesondere bei höherer Konzentration, zu Streueffekten führen, die den Sichtschutzeffekt in der geschützten Betriebsart vermindern.
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Die
US2020/012129 A1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung und einen Bildschirm, welche zwei Lichter für die Umschaltung zwischen einem schmalen und einem breiten Betrachtungsmodus beschreiben. Dabei wird zum einen einer der Lichtleiter mit Fasern ausgebildet. Zum anderen wird die streuende Auskoppelstruktur eines Lichtleiters in Projektionsrichtung auf bestimmte Streifen beschränkt. Dies ist für eine homogene Bildausleuchtung nachteilig und verursacht in der Regel auch ungewollte Moiré-Effekte im Aufbau, etwa im Zusammenspiel mit den Pixelspalten bzw. -zeilen eines darüber liegenden LCD-Panels.
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Die
DE 10 2017 007 669 A1 der Anmelderin beschreibt einen Bildschirm für einen freien und einen eingeschränkten Sichtmodus, der auch eine Teilumschaltung zwischen den mindestens zwei Modi zulässt. Nachteilig ist allerdings hierbei, dass Licht aus einer der beiden Hintergrundbeleuchtungen unter Umständen bei Verwendung eines relativ dicken (vor den Hintergrundbeleuchtungen angeordneten) Lichtleiters in einen unerwünschten Teilbereich eindringen und somit Störlicht bedingen kann.
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Schließlich beschreibt die
EP 3 545 359 B1 der Anmelderin eine Beleuchtungseinrichtung für einen Bildschirm mit einem freien und einem eingeschränkten Sichtmodus. Detaillierte Hinweise auf Besonderheiten für eine teilweise Schaltbarkeit der Beleuchtungseinrichtung sind dort nicht zu entnehmen.
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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 und/oder optische Artefakte erzeugen. Insbesondere ist aber bei den vorgenannten beleuchtungsbasierten Lösungen eine teilflächige Umschaltung der Betrachtungsmodi nicht ohne weiteres möglich.
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Beschreibung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung zu beschreiben, welche in mindestens zwei Abschnitten in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann. Die Erfindung soll mit einfachen Mitteln möglichst preisgünstig umsetzbar sein. In beiden Betriebsarten soll eine möglichst hohe Auflösung, besonders bevorzugt die native Auflösung des verwendeten Bildschirms, sichtbar sein. Ferner soll ein Bildschirm angegeben werden, der eine entsprechende Beleuchtungseinrichtung nutzt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer Beleuchtungseinrichtung für einen Bildschirm, die mindestens in zwei Abschnitten in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem Licht von der Beleuchtungseinrichtung in einem gegenüber dem freien Sichtmodus eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird, betrieben werden kann, umfassend
- - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung, die Licht in den eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt,
- - einen ersten und einen dazu benachbarten zweiten plattenförmigen Lichtleiter, die beide in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung gelegenen sind, wobei jeder der beiden Lichtleiter jeweils zwei Großflächen und Schmalseiten, die die Großflächen an deren Kanten verbinden, aufweist, wobei
- - beide Lichtleiter auf mindestens einer ihrer Großflächen und / oder innerhalb ihres Volumens Auskoppelelemente aufweisen, und
- - jedes Auskoppelelement mindestens eine Funktionsfläche zur definierten Auskopplung von Licht aufweist, an der Licht aus dem jeweiligen Lichtleiter ausgekoppelt wird,
- - ein seitlich an mindestens einer Schmalseite des ersten Lichtleiters angeordnetes erstes Leuchtmittel,
- - ein seitlich an mindestens einer Schmalseite des zweiten Lichtleiters angeordnetes zweites Leuchtmittel,
- - wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung ein- und mindestens eines der beiden Leuchtmittel ausgeschaltet ist, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens eines der beiden Leuchtmittel eingeschaltet ist,
- - wobei ferner mindestens eine opake Schicht vorgesehen ist, die mindestens zwischen dem ersten Leuchtmittel und dem zweiten Leuchtmittel angeordnet ist, und welche ein direktes Eindringen von Licht, das das erste Leuchtmittel abstrahlt, in den zweiten Lichtleiter und von Licht, das das zweite Leuchtmittel abstrahlt, in den ersten Lichtleiter verhindert,
- - und wobei aus dem ersten Leuchtmittel in den ersten Lichtleiter eingekoppeltes Licht nicht direkt in den zweiten Lichtleiter und aus dem zweiten Leuchtmittel in den zweiten Lichtleiter eingekoppeltes Licht nicht direkt in den ersten Lichtleiter weitergeleitet wird,
- - so dass die Beleuchtungseinrichtung in mindestens zwei Abschnitten, die mit den Ausdehnungen der beiden Lichtleiter korrelieren, in den Betriebsarten B1 und B2 wahlweise unterschiedliche Leuchtdichtekurven aufweisen kann.
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Es ist grundsätzlich möglich, die Erfindung auch auf mehr als zwei Lichtleiter und mehr als das erste und zweite Leuchtmittel zu erweitern, um die Beleuchtungseinrichtung in mehr als zwei Abschnitten zu schalten.
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Vorteilhaft lässt sich die Hintergrundbeleuchtung in mindestens zwei separaten Bereichen ein- und ausschalten. Alternativ ist es möglich, dass die Hintergrundbeleuchtung betreffs ihrer gesamten Licht abstrahlenden Fläche ein- und ausschaltbar ist. In beiden Fällen ist die Hintergrundbeleuchtung optional auch dimmbar.
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Die mindestens eine opake Schicht, die mindestens zwischen dem ersten Leuchtmittel und dem zweiten Leuchtmittel angeordnet ist, verhindert Übersprechen des jeweils abgestrahlten Lichtes, d.h. die opake Schicht verhindert ein direktes Eindringen von Licht, das das erste Leuchtmittel abstrahlt, in den zweiten Lichtleiter und von Licht, das das zweite Leuchtmittel abstrahlt, in den ersten Lichtleiter. Eine solche opake Schicht kann beispielsweise aus einem Metall, einer reflektierenden Folie oder einem ausgehärteten Polymer mit opaken Partikeln bestehen.
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Darüber kann die mindestens eine opake Schicht mindestens (auch) zwischen dem ersten Lichtleiter und dem zweiten Lichtleiter angeordnet sein, damit aus dem ersten Leuchtmittel in den ersten Lichtleiter eingekoppeltes Licht nicht direkt in den zweiten Lichtleiter und aus dem zweiten Leuchtmittel in den zweiten Lichtleiter eingekoppeltes Licht nicht direkt in den ersten Lichtleiter weitergeleitet wird.
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Weiterhin ist es möglich, dass zwischen den beiden Lichtleitern ein Luftspalt besteht, um die Lichtübertragung von einem in den anderen Lichtleiter zu unterbinden.
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Die Erfindung umfasst ferner einen Bildschirm, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend
- - eine Beleuchtungseinrichtung wie vorstehend beschrieben,
- - in Betrachtungsrichtung vor der Beleuchtungseinrichtung einen transmissiven Bildgeber, vorzugsweise ein LCD-Panel.
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Außerdem beinhaltet die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung zweier Lichtleiter zur Verwendung in einer Beleuchtungseinrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend die folgenden Schritte
- - in einer ersten Alternative: Herstellen zweier Lichtleiter in einem Spritzverfahren (z.B. variothermes oder isothermes Spritzgießen oder Spritzprägen) unter Nutzung eines Formeinsatzes, welcher jeweils die zu den Auskoppelelementen der beiden Lichtleiter inverse Struktur aufweist und diese Struktur in den jeweiligen Lichtleiter abformt,
- - in einer zweiten Alternative: Herstellen zweier Lichtleiter unter Nutzung eines Nano-Imprint-Verfahrens (z.B. in Platte-zu-Platte-, Rolle-zu-Platte- oder Rolle-zu-Rolle-Verfahren; letzteres mit anschließender Aufbringung auf ein Substrat) unter Nutzung eines Struktureinsatzes (z.B. einer Walze oder einer Platte), welcher jeweils die zu den Auskoppelelementen der beiden Lichtleiter inverse Struktur aufweist und diese Struktur in den jeweiligen Lichtleiter abformt,
- - optional: Entfernen von Randbereichen, z.B. durch Abschneiden oder Sägen oder Ausstanzen,
- - mechanisches Verbinden beider Lichtleiter, wobei zwischen dabei einander zugewandte Schmalseiten beider Lichtleiter eine opake, bevorzugt reflektierende, Schicht eingefügt wird (z.B. durch Kleben).
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Alternativ kommt für die Herstellung zweier Lichtleiter zur Verwendung in einer Beleuchtungseinrichtung auch ein Zwei-Komponenten-Spritzguss-Verfahren in Frage.
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Vorteilhaft sind die jeweiligen ersten oder zweiten Leuchtmittel an mindestens einer der Schmalseiten der ersten und zweiten Lichterleiter angeordnet, wobei sich diese Einkoppelseite bzw. diese Einkoppelseiten aus Sicht eines sitzenden oder stehenden Betrachters oben, unten, links und/oder rechts vom jeweiligen Lichtleiter befinden kann bzw. können.
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Im Allgemeinen können die Auskoppelelemente eine dreidimensionale Form mit einer maximalen Ausdehnung in ihrer größten Dimension, die kleiner als 100 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 50 Mikrometer, ist, aufweisen.
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Weiterhin können die Auskoppelemente als Vertiefungen oder Erhöhungen auf einer der (oder beiden) Großflächen eines Lichtleiters ausgebildet sein, wobei auf ein- und demselben Lichtleiter bzw. mindestens einer seiner Großflächen auch Vertiefungen und Erhöhungen vorhanden sein können. Bevorzugt jedoch werden die Auskoppelemente als Vertiefungen auf einer der Großflächen eines Lichtleiters ausgebildet. Es ist außerdem möglich, dass Auskoppelelemente auf beiden Großflächen und / oder zusätzlich optional im Volumen angebracht sind.
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Ferner ist es für die Anwendung von Vorteil, wenn ein Lichtleiter oder beide in einer wählbaren Richtung ein stärkeres Streuverhalten aufweist als in einer dazu senkrechten Richtung. Vorzugsweise entspricht diese wählbare Richtung beim Blick eines (stehenden oder sitzenden) Betrachters auf die Beleuchtungseinrichtung der vertikalen Richtung, so dass das Streuverhalten des betreffenden Lichtleiters in der vertikalen Richtung größer ist als in der horizontalen Richtung, wobei die horizontale Richtung parallel zu einer Linie zwischen den Augen des besagten Betrachters verläuft.
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Die beiden Betriebsarten B1 und B2 unterscheiden sich schließlich dadurch, dass in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung ein- und mindestens eines der beiden Leuchtmittel ausgeschaltet ist, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens eines der beiden Leuchtmittel eingeschaltet ist. Allgemein gilt also, dass auf Abschnitten der Beleuchtungseinrichtung, in denen jeweils die Hintergrundbeleuchtung ein- und eines der beiden Leuchtmittel ausgeschaltet ist, die Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus vorliegt. Demgegenüber liegt auf Abschnitten der Beleuchtungseinrichtung, bei denen mindestens eines der beiden Leuchtmittel eingeschaltet, die Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus vor.
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Bei der vorstehenden Betrachtung der Betriebsarten wird nur Licht berücksichtigt, was ursprünglich von den Leuchtmitteln in einen der Lichtleiter eingestrahlt und von diesem anschließend wieder über die Auskoppelelemente abgestrahlt wurde, wobei die Lichtauskopplung (bis auf Verluste) nahezu ausschließlich über die Auskoppelemente erfolgt.
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Jeder der beiden Lichtleiter besteht vorzugsweise aus einem transparenten, thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer, z.B. Kunststoff, oder aus Glas. Beispielsweise kann ein 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 (PC) handeln.
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Weiterhin ist es möglich, gegebenenfalls auftretende optische Artefakte, die zum Beispiel von der Herstellung des Lichtleiters bzw. dessen Auskoppelstrukturen herrühren, mittels eines anisotropischen Diffusors, der sich in Betrachtungsrichtung eines Betrachters vor einem oder beiden Lichtleitern befindet, abzuschwächen. Ein solcher anisotropischer Diffusor sollte, gemäß der vorbeschriebenen Definition der Richtungen, möglichst in der horizontalen Richtung deutlich weniger streuen als in der vertikalen Richtung, um in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht horizontal möglichst nur geringfügig oder im besten Falle gar nicht zu streuen.
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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° 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% der Maximal-Helligkeit können bei der Definition des eingeschränkten Winkelbereichs außer Betracht bleiben.
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Die Beleuchtungseinrichtung kann zusätzlich noch einen Kollimationsfilm an einer geeigneten Stelle im Aufbau enthalten, beispielsweise ein Linsen- oder Prismenraster ober- oder unterhalb eines Lichtleiters.
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Die Auskoppelelemente können bei der Herstellung des Lichtleiters entsprechend anpassbaren und vorgebbaren Bedingungen für die Auskopplung des Lichts grundsätzlich auf verschiedene Weise in oder auf einem 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, (duale) helligkeitsverstärkende, kollimierende (brightness enhancement film - BEF) oder auch polarisationsrecycelnde Schichten, wie beispielweise polarisationsselektive Braggspiegel ((dual) brightness enhancement film - (D)BEF) oder Drahtgitterpolarisatoren. Diese, nicht unter den Begriff des „Auskoppelelements“ fallenden zusätzlichen Schichten werden -wenn überhaupt- mit einem Lichtleiter nur an den Rändern verbunden, liegen im Bereich der Großflächen meistens jedoch nur lose auf und bilden mit dem Lichtleiter keine physische Einheit. Hingegen bilden auf die Großflächen aufgebrachte Lacke, die sich mit dem Lichtleiter durch chemische Reaktionen oder andere Kräfte (z.B. van der Waals-Kräfte) 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 Auskoppelelemente sind in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt, dass jeder der Lichtleiter auf mindestens 50%, bevorzugt auf 80% seiner Fläche, besonders bevorzugt auf seiner ganze Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 20% aufweist, bevorzugt kleiner als 15%, besonders bevorzugt kleiner als 10%, gemessen gemäß ASTM D1003 - wobei hier die Messung gemäß der gebräuchlicheren Prozedur A mit einem Hazemeter als Referenz zugrunde gelegt wird. Dadurch wird Licht, welches einen der Lichtleiter durch seine Großflächen durchdringt, höchstens geringfügig gestreut wird. Unter „geringfügig“ ist beispielsweise zu verstehen, dass (aufgrund des geringen Haze-Wertes) in einem Winkelbereich von beispielsweise horizontal +/-40° von der Flächennormalen maximal 1% bis 5% der Leuchtdichte durch Streuung des betreffenden Lichtleiters aus Licht hinzukommt, welches in einem senkrechten Winkel über eine Großfläche in den Lichtleiter eingestrahlt wird.
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Alternativ ist es möglich, dass die Auskoppelelemente in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt sind, dass der entsprechende Lichtleiter auf mindestens 80% seiner Fläche höchstens 25 Prozent, bevorzugt jedoch höchstens zehn Prozent des ihn durch seine Großflächen durchdringenden Lichtes um mehr als zehn Grad (bevorzugt nur 7°, besonders bevorzugt lediglich 5°) streut.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann die Großfläche eines Lichtleiters, aus der das Licht austritt, in Teilbereiche vorgegebener Größe eingeteilt und das Verhältnis der (aufsummierten) Flächeninhalte der Funktionsflächen in einem Teilbereich zum Flächeninhalt des jeweiligen Teilbereichs für verschiedene Teilbereiche unterschiedlich sein, so dass das Streuverhalten des entsprechenden Lichtleiters über die Großfläche, aus der das Licht aus dem betreffenden Lichtleiter austritt, variiert. Dabei ist zu beachten, dass diejenige Großfläche, aus der das Licht tritt, nicht unbedingt derjenigen Großfläche entsprechen muss, auf welcher sich die Auskoppelelemente befinden. Vielmehr kann beispielsweise eine Großfläche die Auskoppelelemente als zum Volumen des Lichtleiters gerichtete Auskoppelelemente aufweisen, welche dann das eingekoppelte Licht umlenken und somit auskoppeln, wobei dermaßen ausgekoppelte Lichtstrahlen jedoch zunächst noch das Volumen des Lichtleiters bzw. Teile davon durchqueren, um dann an der anderen Großfläche den Lichtleiter zu verlassen. Generell wird das Streuverhalten der Auskoppelemente insbesondere durch deren Form und Größe, besonders aber deren Funktionsfläche definiert, was beim optischen Design berücksichtigt wird.
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Die Hintergrundbeleuchtung besteht beispielsweise aus einem flächigen Strahler, vorzugsweise einem weiteren Lichtleiter mit seitlich oder auf der Rückseite angeordneten weiteren Leuchtmitteln, sowie mindestens einem in den flächigen Strahler integrierten und / oder davor angeordneten Lichtkollimator, wie beispielsweise mindestens einer Prismenfolie und / oder mindestens einem Privacyfilter (Lamellenfilter). Alternativ kann anstelle eines Lamellenfilters auch ein optisches Element mit Absorptionsdipolmomenten, deren Mehrzahl mit einer Toleranz von maximal 20° zur Senkrechten auf der Oberfläche des optischen Elements ausgerichtet sind, zum Einsatz kommen, um die Lichtrichtung im Zusammenspiel mit einem linearen Polarisationsfilter, beispielsweise einem rückseitigen Polarisationsfilter eines mit der Beleuchtungseinrichtung verwendeten LCD-Panels, zu beschränken. Außerdem kann eine sogenannte fokussierte Backlight-Einheit als Hintergrundbeleuchtung zum Einsatz kommen, bei welcher Licht aus einem (anderen) Lichtleiter bereits in einen eingeschränkten Winkelbereich ausgekoppelt und ggf. noch gerichtet, umgelenkt bzw. überformt wird.
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Entsprechend kann die Hintergrundbeleuchtung also grundsätzlich aufgebaut sein wie ein LED-Backlight, beispielsweise als sogenanntes Direct-lit LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder als ein anderer Flächenstrahler, auf welchen z.B. mindestens ein optisches Element zur Beschränkung der Lichtwinkel aufgebracht ist.
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Die Auskoppelemente selbst können aber auch beispielsweise als Hohlräume ausgestaltet werden, die im Volumen eines Lichtleiters ausgebildet sind. Die Hohlräume können luftleer sein, sind aber bevorzugt mit einem gasförmigen, flüssigen oder festen Material ausgefüllt, Das Material weist einen Brechungsindex auf, der von dem des für den jeweiligen Lichtleiter verwendeten Materials abweicht; bevorzugt ist er geringer. Durch die Befüllung mit Material und durch die Materialwahl kann man Einfluss auf die Lichtleitung bzw. -auskopplung nehmen. Alternativ oder ergänzend weicht auch der Haze-Wert des Materials bevorzugt von demjenigen des für den Lichtleiter verwendeten Materials ab, ist bevorzugt höher. Vorteile dieser Ausgestaltungen sind höhere Effizienz bei der Lichtauskopplung.
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Alternativ und technisch einfacher können die Hohlräume auch gebildet werden, wenn man einen Lichtleiter aus zwei miteinander verbundenen Substratschichten bildet, die Substratschichten sind bevorzugt gleichartig. Die Verbindung kann chemisch, physikalisch oder durch Kleben erfolgen. Die Hohlräume sind dann als Materialaussparungen an mindestens einer der Grenzflächen der Substratschichten ausgebildet.
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Wenn die Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen eines Lichtleiters 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 lässt sich beispielsweise mechanisch, lithographisch oder drucktechnisch realisieren, oder aber auch materialauftragend, -umwandelnd, -abtragend oder -auflösend. Insbesondere können Varianten des Spritzgusses (variotherm/isotherm, Spritzprägen/Spritzguss) unter Zuhilfenahme entsprechender Struktureinsätze zur Anwendung kommen (siehe hierzu auch die
DE102020134055 B4 der Anmelderin).
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Damit können dreidimensionale Strukturelemente - entweder konvex mit Kunststoffanteil auf der Oberfläche nach außen zeigend, und / oder konkav als Einprägung bzw. Aussparung innerhalb der Oberflächenschicht des strukturierten Kunststoffs kostengünstig und mit Massenfertigungstauglichkeit umgesetzt werden. Konkav ausgebildete und konvex ausgebildete Strukturen können gleichermaßen zum Einsatz kommen.
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Andere Varianten sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung. Vorteilhaft ist jeder Lichtleiter für ihn durch seine Großflächen durchdringendes Licht zu mindestens 50% transparent. Bei den Leuchtmitteln kann es sich beispielsweise um LEDs (bevorzugt) bzw. LED-Zeilen oder Laserdioden handeln, deren Abstrahlfläche besonders bevorzugt wenigstens annähernd rechteckig ist. Andere Varianten sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung.
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Die Struktur der Auskoppelelemente wird wie oben beschrieben nach den genannten Kriterien vorgegeben, wobei die Wirkung eines jeden Auskoppelelements zumindest näherungsweise bekannt ist und Eigenschaften des betreffenden Lichtleiters bzw. des aus dem entsprechenden Lichtleiter tretenden Lichts gezielt durch eine vorgebbare Struktur und Verteilung der Auskoppelelemente festgelegt werden können, wobei es insbesondere auf das Verhältnis der Summe der Flächeninhalte der Funktionsflächen zum Flächeninhalt der Gesamtfläche der Großfläche, aus der Licht ausgekoppelt wird, sowie die Formen der Funktionsflächen ankommt.
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Die geforderten Eigenschaften für die Auskoppelelemente hinsichtlich ihrer Anzahl pro Flächeneinheit, ihrer Form einschließlich der Funktionsfläche, ihrer Ausrichtung 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. Ferner können die Parameter für die Auskoppelelemente auf dem ersten und dem zweiten Lichtleiter identisch sein, d.h. beide Lichtleiter weisen identische (oder nahezu identische) Design-Strukturen für die definierte Auskopplung von Licht auf.
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Vorteilhaft ist die Verteilung der Auskoppelelemente auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens der Lichtleiter so vorgegeben, dass das ausgekoppelte Licht auf mindestens 50% (bevorzugt 95% oder 100%) des gesamten (lichtauskoppelnden Bereiches des) Lichtleiters eine Leuchtdichtehomogenität (insbesondere bezüglich Weißlicht) von mindestens 50%, bevorzugt mindestens 60% erreicht. Die Leuchtdichtehomogenität kann hierzu als LV min/LV max definiert werden, also als Verhältnis des kleinsten Wertes der Leuchtdichte zum größten Wert einer betrachteten Fläche (sogenannter „Area Scan“-Ansatz, bei dem jeder ermittelte Wert auf der betrachteten Fläche in die Auswertung eingeht).
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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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Besonders vorteilhaft findet die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einem Bildschirm Verwendung in einem Fahrzeug zur wahlweisen Darstellung von Bildinhalten lediglich für den Beifahrer in der Betriebsart B2 auf dem ersten oder zweiten Abschnitt (oder beiden gleichzeitig) bzw. gleichzeitig für den Fahrer und den Beifahrer in der Betriebsart B1 auf dem ersten oder zweiten Abschnitt (oder beiden gleichzeitig). Ersteres ist z.B. hilfreich, wenn der Beifahrer sich Unterhaltungsinhalte anschaut, die den Fahrer ablenken könnten.
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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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Eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einem Bildschirm 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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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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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Außerdem ist keine der Zeichnungen maßstäblich. Es zeigen:
- 1 eine Prinzipskizze zur einer beispielhaften Beleuchtungseinrichtung mit einem transmissiven Bildgeber,
- 2 eine zweidimensionale Prinzipskizze als Draufsicht auf beispielhafte Lichtleiter und Leuchtmittel,
- 3 eine zweidimensionale Prinzipskizze als Schnittansicht von beispielhaften Lichtleitern und Leuchtmitteln, sowie
- 4 eine zweidimensionale Prinzipskizze als Draufsicht auf beispielhafte Auskoppelemente.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 zeigt eine Prinzipskizze zur einer beispielhaften Beleuchtungseinrichtung 1a für einen Bildschirm 1b, die mindestens in zwei Abschnitten in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem Licht von der Beleuchtungseinrichtung in einem gegenüber dem freien Sichtmodus eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird, betrieben werden kann, umfassend
- - eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung 2, die Licht in den eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt,
- - einen ersten und einen dazu benachbarten zweiten plattenförmigen Lichtleiter 3a, 3b, die beide in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung 2 gelegenen sind, wobei jeder der beiden Lichtleiter 3a, 3b jeweils zwei Großflächen und Schmalseiten, die die Großflächen an deren Kanten verbinden, aufweist, wobei
- - beide Lichtleiter 3a, 3b auf mindestens einer ihrer Großflächen und / oder innerhalb ihres Volumens Auskoppelelemente 6 (die zeichnerisch nicht in 1 dargestellt sind) aufweisen, und
- - jedes Auskoppelelement 6 mindestens eine Funktionsfläche zur definierten Auskopplung von Licht aufweist, an der Licht aus dem jeweiligen Lichtleiter 3a, 3b ausgekoppelt wird,
- - ein seitlich an mindestens einer Schmalseite des ersten Lichtleiters 3a angeordnetes erstes Leuchtmittel 4a, (hier z.B. eine LED-Zeile),
- - ein seitlich an mindestens einer Schmalseite des zweiten Lichtleiters 3b angeordnetes zweites Leuchtmittel 4b, (hier z.B. eine LED-Zeile),
- - wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung 2 ein- und mindestens eines der beiden Leuchtmittel 4a, 4b ausgeschaltet ist, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens eines der beiden Leuchtmittel 4a, 4b eingeschaltet ist,
- - wobei ferner eine opake Schicht 7 vorgesehen ist, die mindestens zwischen dem ersten Leuchtmittel 4a und dem zweiten Leuchtmittel 4b angeordnet ist, und welche ein direktes Eindringen von Licht, das das erste Leuchtmittel 4a abstrahlt, in den zweiten Lichtleiter 3b und von Licht, das das zweite Leuchtmittel 4b abstrahlt, in den ersten Lichtleiter 3a verhindert,
- - und wobei aus dem ersten Leuchtmittel 4a in den ersten Lichtleiter 3a eingekoppeltes Licht (zumindest) nicht direkt in den zweiten Lichtleiter 3b und aus dem zweiten Leuchtmittel 4b in den zweiten Lichtleiter 3b eingekoppeltes Licht (zumindest) nicht direkt in den ersten Lichtleiter 3a weitergeleitet wird,
- - so dass die Beleuchtungseinrichtung 1a in mindestens zwei Abschnitten, die mit den Ausdehnungen der beiden Lichtleiter 3a, 3b korrelieren, in den Betriebsarten B1 und B2 wahlweise unterschiedliche Leuchtdichtekurven aufweisen kann.
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Vorteilhaft lässt sich auch die Hintergrundbeleuchtung 2 in mindestens zwei separaten Bereichen ein- und ausschalten, was zeichnerisch nicht dargestellt ist. Alternativ ist es möglich, dass die Hintergrundbeleuchtung 2 betreffs ihrer gesamten Licht abstrahlenden Fläche ein- und ausschaltbar ist. In beiden Fällen ist die Hintergrundbeleuchtung 2 optional auch dimmbar, um die Helligkeit an die Umgebungslichtverhältnisse anzupassen.
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Die mindestens eine opake Schicht 7, die mindestens zwischen dem ersten Leuchtmittel 4a und dem zweiten Leuchtmittel 4b angeordnet ist, verhindert Übersprechen des jeweils abgestrahlten Lichtes , d.h. die opake Schicht 7 verhindert ein direktes Eindringen von Licht, das das erste Leuchtmittel 4a abstrahlt, in den zweiten Lichtleiter 3b und von Licht, das das zweite Leuchtmittel 4b abstrahlt, in den ersten Lichtleiter 3a. Eine solche opake Schicht 7 kann beispielsweise aus einem Metall, einer reflektierenden Folie oder einem ausgehärteten Polymer mit opaken Partikeln bestehen.
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Darüber hinaus kann die mindestens eine opake Schicht 7mindestens (auch) zwischen dem ersten Lichtleiter 3a und dem zweiten Lichtleiter 3b angeordnet sein, damit aus dem ersten Leuchtmittel 4a in den ersten Lichtleiter 3a eingekoppeltes Licht nicht direkt in den zweiten Lichtleiter 3b und aus dem zweiten Leuchtmittel 4b in den zweiten Lichtleiter 3b eingekoppeltes Licht nicht direkt in den ersten Lichtleiter 3a weitergeleitet wird. Dazu zeigt 2 eine zweidimensionale Prinzipskizze als Draufsicht auf beispielhafte Lichtleiter 3a, 3b und Leuchtmittel 4a, 4b, während 3 eine zweidimensionale Prinzipskizze als Schnittansicht dazu wiedergibt.
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Die besagte opake Schicht 7 kann besonders vorteilhaft als eine Komponente ausgebildet werden, die sich sowohl zwischen den ersten und den zweiten Leuchtmitteln als auch zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtleiter erstreckt.
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Die Erfindung umfasst ferner einen Bildschirm 1b, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, was auch anhand 1 erläutert werden kann, umfassend
- - eine Beleuchtungseinrichtung 1a wie vorstehend beschrieben,
- - in Betrachtungsrichtung vor der Beleuchtungseinrichtung 1a einen transmissiven Bildgeber 1, vorzugsweise ein LCD-Panel.
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Vorteilhaft sind die jeweiligen ersten oder zweiten Leuchtmittel 4a, 4b an mindestens einer der Schmalseiten der ersten und zweiten Lichterleiters 3a, 3b angeordnet, wobei sich diese Einkoppelseite bzw. diese Einkoppelseiten aus Sicht eines sitzenden oder stehenden Betrachters oben, unten, links und/oder rechts vom jeweiligen Lichtleiter 3a, 3b befinden kann bzw. können.
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Im Allgemeinen können die Auskoppelelemente 6 eine dreidimensionale Form mit einer maximalen Ausdehnung in ihrer größten Dimension, die kleiner als 100 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 50 Mikrometer, ist, aufweisen. Dazu zeigt 4 eine stark vergrößerte zweidimensionale Prinzipskizze als Draufsicht auf beispielhafte Auskoppelemente 6. Hierbei gilt, dass in der Realität deutlich mehr solcher Auskoppelelemente auf jedem der beiden Lichtleiter 3a, 3b vorhanden sind.
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Weiterhin können die Auskoppelemente 6 als Vertiefungen oder Erhöhungen auf einer der (oder beiden) Großflächen der beiden Lichtleiter 3a, 3b ausgebildet sein, wobei auf ein- und demselben Lichtleiter 3a, 3b bzw. mindestens einer seiner Großflächen auch Vertiefungen und Erhöhungen vorhanden sein können. Bevorzugt jedoch werden die Auskoppelemente 6 als Vertiefungen auf einer der Großflächen jedes der Lichtleiter 3a, 3b ausgebildet. Es ist außerdem möglich, dass Auskoppelelemente 6 auf beiden Großflächen und / oder zusätzlich optional im Volumen angebracht sind.
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Entsprechend kann die Hintergrundbeleuchtung 2 grundsätzlich aufgebaut sein wie ein LED-Backlight, beispielsweise als sogenanntes Direct-lit LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder als ein anderer Flächenstrahler, auf welchen z.B. mindestens ein permanenter Privacy-Filter (z.B. mit Mikrolamellen oder aber polarisationssensitiv) und/oder andere Licht fokussierende optische Komponenten (z.B. BEF, DBEF, Linsenraster etc.) aufgebracht sind.
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Die beiden Betriebsarten B1 und B2 unterscheiden sich schließlich dadurch, dass in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung 2 ein- und mindestens eines der beiden Leuchtmittel 4a, 4b ausgeschaltet ist, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens eines der beiden Leuchtmittel 4a, 4b eingeschaltet ist. Allgemein gilt also, dass auf Abschnitten der Beleuchtungseinrichtung, in denen jeweils die Hintergrundbeleuchtung 2 ein- und eines der beiden Leuchtmittel 4a, 4b ausgeschaltet ist, die Betriebsart 2 für einen eingeschränkten Sichtmodus vorliegt. Demgegenüber liegt auf Abschnitten der Beleuchtungseinrichtung 1a, bei denen mindestens eines der beiden Leuchtmittel 4a, 4b eingeschaltet, die Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus vor.
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Bei vorstehender Betrachtung der Betriebsarten wird nur Licht berücksichtigt, was ursprünglich von den Leuchtmitteln 4a, 4b in einen der Lichtleiter 3a, 3b eingestrahlt und von diesem anschließend wieder über die Auskoppelelemente 6 abgestrahlt wurde, wobei die Auskopplung von Licht -bis auf Verluste- nahezu ausschließlich über die Auskoppelemente 6 erfolgt.
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Insgesamt gibt es also verschiedene Variationen der Betriebsarten, wie sie beispielhaft in der folgenden Tabelle aufgeführt sind, wobei die Hintergrundbeleuchtung in der hier betrachteten Ausgestaltung vollflächig schaltbar angenommen wird:
| Leuchtmittel 4a | Leuchtmittel 4b | Hintergrundbeleuchtung 2 | Resultierende Betriebsart für den Abschnitt mit dem ersten Lichtleiter 3a | Resultierende Betriebsart für den Abschnitt mit dem ersten Lichtleiter 3b |
| An | An | An | B1 | B1 |
| An | Aus | An | B1 | B2 |
| Aus | An | An | B2 | B1 |
| Aus | Aus | An | B2 | B2 |
| An | An | Aus | B1 | B1 |
| An | Aus | Aus | B1 | (Aus) |
| Aus | An | Aus | (Aus) | B1 |
| Aus | Aus | Aus | (Aus) | (Aus) |
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Die vorstehende Tabelle der Betriebsarten kann noch weiter variiert werden, denn wie schon genannt, auch die Hintergrundbeleuchtung 2 abschnittsweise schaltbar ist.
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Jeder der beiden Lichtleiter 3a, 3b besteht vorzugsweise aus einem transparenten, thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer, z.B. Kunststoff, oder aus Glas. Beispielsweise kann ein 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 (PC) handeln.
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Als eingeschränkter Winkelbereich kann grundsätzlich jeder Bereich in Frage kommen, der kleiner als der Halbraum vor der Hintergrundbeleuchtung 2 ist; bevorzugt ist hier aber z.B. ein Winkelbereich von +/-20° oder +/-30° 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% jeweils der Maximal-Helligkeit können bei der Definition des eingeschränkten Winkelbereichs außer Betracht bleiben.
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Die Auskoppelelemente 6 können bei der Herstellung der Lichtleiter 3a, 3b entsprechend anpassbaren und vorgebbaren Bedingungen für die Auskopplung des Lichts grundsätzlich auf verschiedene Weise in oder auf einem Lichtleiter 3a, 3b verteilt werden. Bei den Auskoppelelementen 6 handelt es sich um lokal begrenzte Strukturänderungen im Volumen oder/und auf den Oberflächen des Lichtleiters 3a, 3b.
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Die Auskoppelelemente 6 sind in ihrer Anzahl pro Fläche und in ihrer Ausdehnung derart gewählt, dass jeder der Lichtleiter 3a, 3b auf mindestens 50%, bevorzugt auf 80% seiner Fläche, besonders bevorzugt auf seiner ganze Fläche einen durchschnittlichen Haze-Wert kleiner als 20% aufweist, bevorzugt kleiner als 15%, besonders bevorzugt kleiner als 10%, gemessen gemäß ASTM D1003 - wobei hier die Messung gemäß der gebräuchlicheren Prozedur A mit einem Hazemeter als Referenz zugrunde gelegt wird. Dadurch wird Licht, welches einen der Lichtleiter 3a, 3b durch seine Großflächen durchdringt, höchstens geringfügig gestreut wird. Unter „geringfügig“ ist beispielsweise zu verstehen, dass (aufgrund des geringen Haze-Wertes) in einem Winkelbereich von beispielsweise horizontal +/-40° von der Flächennormalen maximal 1% bis 5% der Leuchtdichte durch Streuung des betreffenden Lichtleiters 3a, 3b aus Licht hinzukommt, welches in einem senkrechten Winkel über eine Großfläche in den Lichtleiter 3a, 3b eingestrahlt wird.
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Wenn die Auskoppelelemente 6 auf mindestens einer der Großflächen eines Lichtleiters 3a, 3b 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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Die Struktur der Auskoppelelemente 6 wird wie oben beschrieben nach den genannten Kriterien vorgegeben, wobei die Wirkung eines jeden Auskoppelelements 6 zumindest näherungsweise bekannt ist und Eigenschaften des Lichtleiters 3a, 3b bzw. des aus dem entsprechenden Lichtleiter 3a, 3b tretenden Lichts gezielt durch eine vorgebbare Struktur und Verteilung der Auskoppelelemente 6 festgelegt werden können, wobei es insbesondere auf das Verhältnis der Summe der Flächeninhalte der Funktionsflächen zum Flächeninhalt der Gesamtfläche der Großfläche, aus der Licht ausgekoppelt wird, sowie die Formen der Funktionsflächen ankommt.
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Die geforderten Eigenschaften für die Auskoppelelemente 6 hinsichtlich ihrer Anzahl pro Flächeneinheit, ihrer Form einschließlich der Funktionsfläche, ihrer Ausrichtung und Ausdehnung in drei Dimensionen sowie ihrer Verteilung auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb des Volumens jedes Lichtleiters 3a, 3b können beispielsweise mit einer Optik-Simulationssoftware wie etwa „LightTools“ der Firma Synopsis oder anderer Anbieter bestimmt und dann entsprechend physisch umgesetzt werden. Ferner können die Parameter für die Auskoppelelemente 6 auf dem ersten und dem zweiten Lichtleiter 3a, 3b identisch sein, d.h. beide Lichtleiter 3a, 3b weisen identische (oder nahezu identische) Design-Strukturen für die definierte Auskopplung von Licht auf.
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Besonders vorteilhaft findet die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1a mit einem Bildgeber 1 Verwendung in einem Fahrzeug zur wahlweisen Darstellung von Bildinhalten lediglich für den Beifahrer in der Betriebsart B2 auf dem ersten oder zweiten Abschnitt (oder beiden gleichzeitig) bzw. gleichzeitig für den Fahrer und den Beifahrer in der Betriebsart B1 auf dem ersten oder zweiten Abschnitt (oder beiden gleichzeitig). Ersteres ist z.B. hilfreich, wenn der Beifahrer sich Unterhaltungsinhalte anschaut, die den Fahrer ablenken könnten.
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Andere Varianten sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung. Vorteilhaft ist jeder Lichtleiter 3a, 3b für ihn durch seine Großflächen durchdringendes Licht zu mindestens 50% transparent. Bei den ersten und zweiten Leuchtmitteln 4a, 4b kann es sich beispielsweise um LEDs (bevorzugt) bzw. LED-Zeilen oder Laserdioden handeln, deren Abstrahlfläche besonders bevorzugt wenigstens annähernd rechteckig ist. Andere Varianten sind denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung.
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Selbstredend ist für alle benötigten Komponenten (z.B. Bildgeber 1, Leuchtmittel 4a, 4b, Hintergrundbeleuchtung 2 etc.) eine entsprechende Ansteuerung vorhanden.
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Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung und der damit umsetzbare Bildschirm lösen die gestellte Aufgabe: Es werden praktisch gut umsetzbare Lösungen offenbart, welche in mindestens zwei Abschnitten in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden können. Die Erfindung ist mit einfachen Mitteln preisgünstig umsetzbar. In beiden Betriebsarten ist eine hohe Auflösung, insbesondere die native Auflösung des verwendeten Bildschirms, sichtbar.
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Die vorangehend beschriebene Erfindung kann vorteilhaft überall da angewendet werden, wo vertrauliche Daten angezeigt und / oder eingegeben werden, wie etwa bei der PIN-Eingabe oder zur Datenanzeige an Geldautomaten oder Zahlungsterminals oder zur Passworteingabe oder beim Lesen von Emails auf mobilen Geräten. Die Erfindung kann -wie weiter oben beschrieben- auch im PKW angewendet werden.