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WO2021204582A1 - Optisches element zur beeinflussung von lichtrichtungen, anordnung zur abbildung einer vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender flächen und beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Optisches element zur beeinflussung von lichtrichtungen, anordnung zur abbildung einer vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender flächen und beleuchtungseinrichtung Download PDF

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Publication number
WO2021204582A1
WO2021204582A1 PCT/EP2021/058169 EP2021058169W WO2021204582A1 WO 2021204582 A1 WO2021204582 A1 WO 2021204582A1 EP 2021058169 W EP2021058169 W EP 2021058169W WO 2021204582 A1 WO2021204582 A1 WO 2021204582A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical element
substrate
operating mode
light
areas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2021/058169
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yannick Bourgin
André HEBER
Markus Klippstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SiOptica GmbH
Original Assignee
SiOptica GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SiOptica GmbH filed Critical SiOptica GmbH
Priority to US17/759,431 priority Critical patent/US11726355B2/en
Publication of WO2021204582A1 publication Critical patent/WO2021204582A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
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    • G02F1/294—Variable focal length devices
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
    • G02B2207/115—Electrowetting

Definitions

  • Optical element for influencing the directions of light arrangement for displaying a large number of illuminated or self-illuminating surfaces and lighting device
  • a screen which makes the viewing angle of a screen controllable by means of two background lighting.
  • the top of the backlights should emit focused light for this purpose.
  • a grid with opaque and transparent sections is mentioned in particular for this purpose.
  • the same presumably leads to the fact that the light from the second backlight, which must penetrate the first in the direction of an LCD panel, is also focused and consequently the public viewing mode, which is actually intended for a wide viewing angle, suffers a significant reduction in angle.
  • US 2007/030240 A1 describes an optical element for controlling the direction of light propagation of light originating from background lighting.
  • This optical ele ment requires liquid crystals in the form of PDLCs, which on the one hand is expensive, but on the other hand is particularly safety-critical for end customer applications, since PDLC liquid crystals usually require voltages higher than 60V for their circuit.
  • CN 1987606 A in turn, a screen is described which makes the viewing angle of a screen controllable by means of two background illuminations.
  • first light plate which must be wedge-shaped in order to enable the intended focused light extraction. Exact details for achieving the focused light extraction with corresponding angular conditions are not disclosed.
  • CN 106195766 A discloses two light sources for switching between two lighting modes.
  • sawtooth-shaped decoupling structures are used for decoupling focused light.
  • the disadvantage here is that there are also vertical interference flanks in the sawtooth-shaped Auskop pel structures, which make a strong light focus, as would be necessary for a privacy mode, difficult or even impossible.
  • US 2018/0267344 A1 describes a structure with two flat lighting modules.
  • the light from the lighting module located at the rear in the viewing direction is focused by a separate structure. After focusing, the light still has to pass through the front lighting module, which has scattering elements. Thus, a strong light focus for a privacy screen cannot be optimally implemented.
  • US 2007/0008456 A1 discloses the division of a light emission angle into at least three areas, two areas of which are usually exposed to light. This means that a display illuminated in this way is visible from more than one direction. This means that the privacy protection is inadequate.
  • optical element as well as an arrangement and a lighting device which can influence the transmission or emission of light depending on the angle and which can switch between at least two operating modes.
  • the optical element should be able to be implemented inexpensively and in particular be universally usable with different types of screen in order to enable switching between a privacy screen and a free viewing mode, where the resolution of such a screen should essentially not be reduced.
  • the corresponding arrangement should also enable the two viewing modes for selected types of imagers.
  • an optical element comprising a substantially plate-shaped or shell-shaped substrate S with a first large area formed as a light entry surface and a second large area formed as a light exit area, a plurality of image elements formed on the second large area of the substrate S L1, L2, L3,. ..., whereby the number of apertures A1, A2, A3, ... is not smaller than that of the imaging elements
  • each diaphragm A1, A2, A3, ... comprises at least one transparent area within an opaque area
  • the optical element being controlled by electromagnetic switching means with one or more electromagnetic fields can be switched between at least a first operating mode B1 and a second operating mode B2 by changing their focal length between values f1 and f2 by controlling for at least some of the imaging elements L1, L2, L3, ..., and / or based on the Control for at least some of the diaphragms A1, A2, A3, ... their opening width between values W1a and W1b, W2a and W2b, W3a and W3b, ... and / or their position between two values
  • P1a and P1b, P2a and P2b, P3a and P3b, ... is changed in a plane parallel to the first large area, and at least in the first operating mode B1 each imaging element L1, L2, L3, ... exactly one aperture A1, A2 , A3, ... is assigned so that a such aperture A1, A2, A3, ... penetrating light is imaged by the correspondingly assigned imaging element L1, L2, L3, , ... and then passes through the light entry surface of the substrate S into the optical element, after passing through the associated imaging elements L1, L2, L3, ... in the at least two operating modes B1 and B2, each with different propagation angles, measured in one or have two preferred directions.
  • the apertures A1, A2, A3, ... have opening widths W1 a (aperture A1), W2a (aperture A2), W3a (aperture A3), ... - generally Wxxxa - and Positions P1 a (aperture A1), P2a (aperture A2), P3a (aperture A3), ... - generally Pxxxa - open.
  • the apertures A1, A2, A3, ... have opening widths W1 b (aperture A1), W2b (aperture A2), W3b (aperture A3), ...
  • the corresponding angles of propagation of the light are measured in a preferred direction and, for example, with the reference angle of 0 ° on the perpendicular to the light exit surface of the substrate S.
  • the preferred direction taken into consideration here is, for example, the horizontal plane of section through the substrate S, which includes its mid-perpendicular. For a viewer, this preferred direction would, for example, represent the horizontal direction in front of the optical element. This can be applied analogously to curved surfaces.
  • the diaphragms are often also referred to as apertures, but this term is sometimes misleading because it also describes their opening width as the aperture size.
  • the first and second large areas of the plate-shaped substrate are preferably arranged parallel to one another.
  • they can also be arranged non-parallel, for example wedge-shaped or sawtooth-like at a defined angle of up to 20 degrees to one another.
  • a shell-shaped configuration of the substrate is possible, for example for use in curved screens.
  • the large areas of the substrate then generally have a slight curvature along one direction, in special cases also a double curvature.
  • the first large area of the plate-shaped substrate designed as a light entry surface, is usually located on the back of the substrate from the perspective of a viewer and, depending on the application of the optical element, is adjacent, for example, to an image reproduction device, a light source or lighting device or to a volume of air. From the last-mentioned objects, light then enters the substrate through the said light-entry surface.
  • Controlling with one or more electromagnetic fields defines at least two operating states, with the angle-dependent transmission of visible light in the first operating mode B1 being less than 50% and in the second operating mode B2 being more than 50%.
  • the preferred direction is therefore preferably the horizontal direction.
  • a shell-shaped substrate is usually also curved along this preferred direction.
  • the preferred direction is perpendicular to an edge of the substrate S, which from the point of view of a viewer corresponds to a narrow side on the left or right, and the substrate S is divided into different areas along the preferred direction.
  • a separate reference direction can be selected for each area, with all reference directions being different in pairs and pointing in the direction of an observer with a tolerance of a few to a maximum of 15 degrees. This offers the advantage of an improved operating mode B1, in which a viewer - when using the optical element with a screen, receives a more homogeneous impression when looking at the screen.
  • the diaphragms in operating mode B1 can be closed further in comparison to configurations with a uniform reference direction and thus not only increase the homogeneity, but also through the associated greater narrowing of the angular range also protection and privacy.
  • the positions P1 a, P2a, P3a, ... are here as a rule for each diaphragm A1, A2, A3, ... compared to the positions of the respective mapping elements L1, L2, L3, ... slightly displaced in the direction of the perpendicular of the substrate S in the case of parallel projection.
  • the reference directions and the positions P1 a, P2a, P3a etc. of the diaphragms can advantageously be selected and varied as a function of the position of an observer. A viewer can thus position himself differently in front of the optical element or a screen in which it is built and at the same time maintains the impression of homogeneity and privacy essentially unaffected, not limited to a central position in front of the screen.
  • a screen with an optical element implemented in this way also has a tracking system which registers the position of the viewer and, in conjunction with a control, the reference directions and the associated positions of the diaphragms P1a, P2a, P3a in the operating mode B1 adjusts accordingly if the viewer moves left or right in front of the screen.
  • the imaging elements L1, L2, L3, are also conceivable.
  • the diaphragms A1, A2, A3, ... are preferably formed in a strip, circular, elliptical or rectangular shape. Other variants are within the scope of the invention, for example also the possibility that one or more diaphragms A1, A2, A3, ... simultaneously encompass or include more than just one transparent area within an opaque area.
  • the diaphragms A1, A2, A3, ... are designed to be switchable, they can be used as microfluidic channels which, when switched, are either filled with an opaque and / or reflective liquid (narrow diaphragm with opening width W1a, W2a, W3a etc. ) or emptied (diaphragm enlarged or removed with opening widths W1b, W2b, W3b etc., with Wxxxb> Wxxxa), a reservoir being available for the liquid, or designed as electrochromic layers.
  • electrochromic liquids and / or switchable mirrors eg electrochromic or with cholesteric liquid crystals
  • electrophoretic liquids and / or electro-wetting liquids eg electrochromic or with cholesteric liquid crystals
  • electro-wetting liquids eg electrochromic or with cholesteric liquid crystals
  • PDLC polymer dispers liquid crystals
  • other liquid crystals can also be used for switchable diaphragms A1, A2, A3, ...
  • other configurations are also possible.
  • the imaging elements L1, L2, L3, ... can also be designed as switchable imaging elements, for example using liquid crystals that can be changed in the refractive index or by using fluids that perform the respective imaging function by changing the pressure or their position switch. Such fluids would then, for example, in transparent chambers, which the outer shape of the imaging elements -z.B. Lenticular bodies, introduced.
  • Switching between at least two operating modes B1 and B2 by activating the imaging elements L1, L2, L3, ... and / or the apertures A1, A2, A3, ... can also be done by activations other than electromagnetic fields, for example by means of chemical or electro-chemical reactions, pressure, temperature and / or incidence of light. Explicitly only part of the imaging elements L1, L2, L3, ... or apertures A1, A2, A3, ... can be switched, so that local switchability between the first operating mode B1 and the second operating mode B2 is made possible .
  • the electromagnetic switching means for control would be subdivided into several separately switchable segments.
  • the optical element can be switched to further operating modes B3, ... um by means of the control with one or more electromagnetic fields, in which for at least some of the imaging elements L1, L2, L3, .. their focal length is changed to further values f3, ... (with f3 ⁇ > f2 and f3 ⁇ > f1), and / or for at least some of the apertures A1, A2, A3, ... their opening width to further values W1c , W2c, W3c, and / or to further positions P1c, P2c, P3c, ... is changed.
  • the electromagnetic switching means are advantageously at least 50% transparent for light in the visible wavelength range which is incident perpendicularly via the light entry surface into the substrate S. It can be, for example, ITO layers as electrodes, naturally provided with a corresponding electronic control.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that all switchable operating modes B1, B2, etc. are cyclically clocked for a temporally sequential light direction influencing.
  • This can, for example, be used to generate images in two different directions, for example by two different, time-sequentially presented images due to the optical element according to the invention in each case one after the other and to be mapped cyclically in different directions. If this is presented quickly enough, i.e. above the flicker fusion frequency of the human eye, either autostereoscopic representations (both eyes of a viewer see two different images at the same time) or two different images for two different viewers at the same time (so-called Dual view).
  • the invention is of particular practical importance when it is expanded into a screen which can be operated in a first operating mode B1 for a restricted viewing mode and in a second operating mode B2 for a free viewing mode.
  • This comprises an optical element according to the invention, as described above, and an image display unit which is arranged downstream of the optical element when viewed from a viewer.
  • the image displayed by the image display unit is influenced by the optical element in its light propagation directions, as described above.
  • the screen can have a flat or curved surface.
  • a different type of screen which can be operated in a first operating mode B1 for a restricted viewing mode and in a second operating mode B2 for a free viewing mode.
  • This comprises a transmissive image display unit, an optical element according to the invention downstream of the image display unit as seen by a viewer, and a flat light source behind the optical element.
  • the light from the planar light source is influenced in its light propagation directions due to the optical element according to the invention, before it hits the image reproduction unit and illuminates it.
  • the aforementioned screen solves a current problem in vehicle construction: there the driver must not be distracted by image content, such as digital entertainment programs, when the engine is switched on, while the front passenger wants to watch it while driving.
  • Operating mode B1 is recommended for this. If content should or may also be visible to the driver, the operating mode B2 is activated.
  • the object of the invention is also achieved by an arrangement for imaging a plurality of illuminated or self-luminous surfaces F1, F2, F3, which are arranged on an overall surface, comprising a substantially plate or shell-shaped substrate S with a first formed as a light entrance surface Large area and a second large area designed as a light exit area, with the substrate in the viewing direction in front of the multitude of illuminated or self-luminous areas F1, F2, F3, ...
  • L2, L3, ... with at most half as many imaging elements L1, L2, L3, ... as areas F1, F2, F3, ... and each imaging element L1, L2, L3, ... in the viewing direction at least two areas F1, F2, F3, ... are covered and at least two areas F1, F2, F3, ...
  • the subsets are in each case real subsets - also referred to as partial selections - that is, each of the subsets comprises at least one area, but not all areas.
  • the partial selection of the areas F1, F2, F3, ... for the operating mode B1 can mean that the corresponding complementary selection of the remaining areas remains dark and that it is permanently switched to light, ie in the corresponding directions in which the remaining, permanently light-switched surfaces are displayed, a light, more or less monochrome, information-free image is emitted.
  • the complementary selection of the remaining areas with a randomized image (e.g.
  • each area is permanently illuminated with a random brightness value) or with a predefined image (the corresponding areas permanently display a fixed image, such as a light logo) is applied.
  • a predefined image the corresponding areas permanently display a fixed image, such as a light logo
  • mapping elements L1, L2, L3, ... apply to the mapping elements L1, L2, L3, ... and should not be repeated here for reasons of redundancy.
  • the mean interrelationships are overlapping here: While the opening widths of the optical element have been changed or the aperture positions may have been shifted, in the arrangement according to the invention the areas F1, F2, F3 inherently have opening widths and / or positions that are determined by the selection of the areas activated in the operating modes can be changed.
  • each area F1, F2, F3,... advantageously correspond to miniLEDs or microLEDs.
  • each area can be a pixel or subpixel of an LCD panel, OLEDs or OLEDs or another type of imaging device.
  • a lighting device that can be switched between at least two operating modes B1 and B2.
  • This comprises a large number of illuminated or self-illuminating surfaces F1, F2, F3. which are arranged on a total area, a substantially plate-shaped or shell-shaped substrate S with a first large area designed as a light entry area and a second large area designed as a light exit area, the substrate in the viewing direction in front of the multitude of illuminated or self-luminous areas F1, F2 , F3, ... is a plurality of formed on the second large area of the substrate S from imaging elements L1, L2, L3, ..., with at most half as many imaging elements L1, L2, L3, ... as areas F1, F2, F3, ...
  • each imaging element L1, L2, L3, ... covers at least two areas F1, F2, F3, ... in the viewing direction and each at least two areas F1, F2, F3, .. . Is assigned, wherein the lighting device can be switched between at least two operating modes B1 and B2 by, due to a control (for example by means of electromagnetic switching means) for the operating a rt B1 a first subset (not all) of the surfaces (F1, F2, F3, ...) is activated and a disjoint second subset of the surfaces (F1, F2, F3, ...) is activated for operating mode B2, where optionally the first and the second subset comprise a different number of elements, ie the number of activated areas in the second subset differs from the number of activated areas in the first subset, whereby light that comes from the respectively activated areas F1, F2, F3, ... through the light entry area into the substrate S, after passing through the mapping elements L1, L2, L3, ... in the at least two operating modes B1 and B2 is
  • the subsets are in each case real subsets - also known as partial selections - i.e. each of the subsets comprises at least one area, but not all areas.
  • the real partial selection of the areas F1, F2, F3, ... for the operating mode B1 can only mean that the corresponding complementary selection of the remaining areas remains dark.
  • the lighting device described can already be used as a display element with possibly low resolution (e.g. for local dimming effects), which can be operated in a first operating mode B1 for a restricted viewing mode and in a second operating mode B2 for a free viewing mode.
  • the lighting device according to the invention can be used with a high-resolution screen which can be operated in a first operating mode B1 for a restricted viewing mode and in a second operating mode B2 for a free viewing mode.
  • the same comprises a transmissive image reproduction unit, a lighting device arranged downstream of the image reproduction unit as seen from the viewer, as described above.
  • FIG. 1 shows the schematic diagram of an optical element according to the invention in a first configuration in the operating mode B1
  • FIG. 2 shows the schematic diagram of an optical element according to the invention in a first configuration in the operating mode B2
  • FIG. 3 shows the schematic diagram of an optical element according to the invention in a second configuration in the operating mode B1
  • 3a shows a schematic diagram to explain the positions and opening widths of an optical element in the second embodiment in the operating mode B1,
  • FIG. 4 shows the schematic diagram of an optical element according to the invention in a second configuration in the operating mode B2,
  • 4a is a schematic diagram to explain the positions and opening widths of an optical element in the second embodiment in the operating mode B2,
  • FIG. 5 shows the schematic diagram of an optical element according to the invention in a third configuration in the operating mode B1
  • 5a is a schematic diagram to explain the positions and opening widths of an optical element in the third embodiment in the operating mode B1,
  • FIG. 6 shows the schematic diagram of an optical element according to the invention in a third configuration in the operating mode B2,
  • FIG. 7 shows the schematic diagram of an optical element according to the invention in a third configuration in the operating mode B3,
  • FIG. 7a is a schematic diagram to explain the positions and opening widths of an optical element in the third embodiment in the operating mode B3,
  • FIG. 8 shows the schematic diagram of an optical element according to the invention in a third configuration in the operating mode B4,
  • FIG. 8a is a schematic diagram to explain the positions and opening widths of an optical element in the third embodiment in the operating mode B4,
  • FIGS. 10 to 13 show a legend for the meaning of area markings with regard to the following drawings, FIGS. 10 to 13,
  • Fig. 10 is a schematic diagram of an arrangement for mapping a large number of illuminated or self-luminous surfaces in operating mode B1,
  • Fig. 11 the schematic diagram of an arrangement for mapping a large number of illuminated or self-luminous surfaces in operating mode B2,
  • Fig. 12 is a schematic diagram of an arrangement for mapping a large number of illuminated or self-luminous surfaces in operating mode B3, 13 shows the basic sketch of an arrangement for the mapping of a large number of illuminated or self-luminous surfaces in operating mode B5,
  • FIG. 14 shows the schematic diagram of an optical element according to the invention in a first configuration in the operating mode B1 in connection with an image display device and a flat light source,
  • FIG. 15 shows the schematic diagram of an optical element according to the invention in a first configuration in operating mode B2 in conjunction with an image display device and a flat light source
  • FIG. 16 shows an example of a further embodiment of an optical element in the operating mode B1, as well as
  • FIG. 1 shows the schematic diagram of an optical element 1 a according to the invention in a first embodiment in the operating mode B1 and FIG. 2 in the operating mode B2, initially in connection with an image display unit 1, for example an OLED or
  • the optical element 1 a comprises an essentially plate-shaped or shell-shaped substrate S with a first large area formed as a light entry surface (below) and a second large area formed as a light exit area (above), a plurality of on the second large area of the substrate S formed imaging elements L1, L2, L3,.
  • first embodiment fixed diaphragms A1, A2, A3, ... where the number of diaphragms A1, A2, A3, ... is not less than that of the imaging elements L1, L2, L3, ... and where each Aperture A1, A2,
  • A3, ... includes at least one transparent area within an opaque area, wherein the optical element 1 a can be switched between at least a first operating mode B1 and a second operating mode B2 by means of a control with one or more electromagnetic fields, which are controlled by electromagnetic GmbHmit tel, by for at least some of the imaging elements L1, L2 , L3, ... their focal length is changed between the values f1 and f2, and with at least one aperture A1, A2, A3 for each imaging element L1, L2, L3, ... in operating mode B1 (see FIG. 1) , ... is assigned, so that light penetrating through such a diaphragm A1, A2, A3, ...
  • the corresponding angles of propagation of the light are measured in a preferred direction and, for example, with the reference angle of 0 ° on the perpendicular to the light exit surface of the substrate S.
  • the preferred direction considered here lies, for example, in the plane of the drawing on the surface or the light exit surface of the substrate S. For the viewers 5 and 6, this preferred direction would be the horizontal direction in front of the optical element 1a.
  • each imaging element L1, L2, L3, ... is assigned exactly one aperture A1, A2, A3,. .. penetrating light from the correspondingly assigned Abterrorismele element L1, L2, L3, ... is imaged (or collimated).
  • the focal length f2 has now been set to infinity, so that the collimation is effectively eliminated and the light rays only experience a parallel offset through the substrate S, which now acts as a plane-parallel plate.
  • both the viewer 5 and an adjacently arranged viewer 6 can perceive the image displayed by the image display unit 1 from an oblique view after passing through the optical element 1a.
  • the first and second large areas of the plate-shaped substrate S are preferably arranged parallel to one another.
  • the angle-dependent transmission of visible light is less than 50% and in a second operating mode B2 it is more than 50%.
  • the imaging elements L1, L2, L3,. Cholesteric liquid crystal cells are conceivable in which the lens effect is generated by the alignment of a gradient index lens and / or the topology of the substrates is used. Other configurations are also conceivable.
  • the diaphragms A1, A2, A3, ... are preferably formed in a strip, circular, elliptical or rectangular shape.
  • the object located under the optical element 1 a is not an image display device 1, but a flat light source 2 (as shown in FIG. 1 and the following drawings by the identifier “1/2 “Indicated), the above-mentioned influences due to the optical element 1 a apply accordingly.
  • the unit formed from the optical element 1a and the flat light source 2 can be used as a switchable lighting device for transmissive image display devices, such as LCD panels, in order to operate them optionally in operating modes B1 and B2.
  • This possible application also applies to the following second and third embodiment in conjunction with the drawings, FIGS. 3 to 8, and is therefore not repeated for these in the following explanations.
  • FIG. 14 and FIG. Fig. 15 shows the operating mode B2 accordingly.
  • the transmissive image display device 1 for example an LCD panel
  • the transmissive image display device 1a for example an LCD panel
  • This is now backlit in operating mode B1 with a restricted angular range, so that an image displayed on it can only be viewed from a restricted angular range. area is visible. The viewer 5 would see such an image, but the viewer 6 would not.
  • illumination at a wide (eg horizontal) angle is made possible so that the image is visible to viewers 5 and 6 (and possibly other viewers not shown here).
  • FIG. 3 shows the schematic diagram of an optical element 1 a according to the invention in a second embodiment in the operating mode B1 and FIG. 4 in the operating mode B2, here in connection with an image display unit 1, for example an OLED or LCD panel .
  • the imaging elements L1, L2, L3, ... are not switchable.
  • FIG. 3a shows an explanation of the positions and opening widths of an optical element in the second embodiment in the operating mode B1.
  • the diaphragm A1 has its center point at point P1 a, the diaphragm A2 at P2a and so on (here as an example measured from the left edge of the substrate).
  • aperture A1 has an opening width of W1 a, aperture A2 of W2a, etc.
  • each diaphragm A1, A2, A3, B1 a viewer 5 can see the image displayed on the image display unit 1, while a neighboring viewer 6 does not see it.
  • both viewers 5 and 6 would see such an image according to the conditions according to FIG > W1 a, W2b> W2a etc.) has been changed, so that the image is made possible in large solid angles in front of the optical element 1 a.
  • FIG. 4a shows an explanation of the positions and opening widths of an optical element in the second embodiment in the operating mode B2.
  • the diaphragm A1 has its center at point P1 b, the diaphragm A2 at P2b and so on (here again both measured from the left edge of the substrate). Furthermore, diaphragm A1 has an opening width of W1b, diaphragm A2 of W2b, etc. Switching to operating mode B2 has the effect that the opening widths Wxxx of diaphragms A1, A2, ... have increased.
  • the opening widths Wxxxa and Wxxxb range between about a fifth and twenty times the width (or height) of the smallest picture elements ( Pixels or color sub-pixels) of the image display unit 1.
  • other values are also conceivable for special configurations.
  • the switchable diaphragms A1, A2, A3, ... can be used as microfluidic channels which, by switching, are either filled with an opaque and / or reflective liquid (diaphragm effective, i.e. limited opening width Wxxxa active) or emptied (diaphragm with large opening width Wxxxb with Wxxxb> Wxxxa, the aperture can not only be physically open at maximum opening, it can then also be completely transparent), or it can be designed as an electrochromic layer. Other configurations are possible.
  • the side viewer 6 would not necessarily see a black image, but rather a reflection of the objects located in front of the optical element 1 a, which further increases the visual protection effect.
  • Switching between at least two operating modes B1 and B2 by activating the imaging elements L1, L2, L3, ... and / or the apertures A1, A2, A3, ... can also be done by activations other than electromagnetic fields, for example by means of chemical or electro-chemical reactions, pressure, temperature and / or incidence of light.
  • the electromagnetic switching means for control would be subdivided into several, separately switchable segments.
  • FIGS. 5 to 8 show schematic sketches of an optical element 1 a according to the invention in a third embodiment in operating modes B1 to B4, the optical element 1 a again being arranged in front of an image display device 1, for example an LCD panel.
  • the variant was chosen that, due to activation with one or more electromagnetic fields, at least some of the apertures A1, A2, A3, ... change their opening width for the operating states B1 to B4 to values Wxxxa to Wxxxd, while the imaging elements L1, L2, L3, ... have fixed imaging properties.
  • the diaphragms are implemented here, for example, by a liquid crystal shutter that allows not only to change the opening widths Wxxxa to Wxxxd, but also to shift the positions Pxxxa to Pxxxd of the diaphragms A1 to A4.
  • FIG. 5a is used for the ratios according to FIG the left edge of the substrate). Furthermore, aperture A1 has an opening width of W1a, aperture A2 of W2a and so on.
  • the positions Pxxxb of the diaphragms A1, A2, A3 are the same as in the operating mode B1 (see FIG. 3a), but here the opening widths Wxxxb of the diaphragms A1, A2, A3, ... maximum, which is not shown for reasons of redundancy.
  • each diaphragm A1, A2, A3, ... is imaged, which in turn, in accordance with the conditions according to FIG the operating mode B1 a viewer 5 can see the image displayed on the image display unit 1, while a neighboring viewer 6 does not see it. Conversely, both viewers 5 and 6 would see such an image according to the conditions according to FIG Wxxxa) has been changed, so that the image is made possible in large solid angles in front of the optical element 1 a.
  • the conditions according to FIG. 7 allow a viewer 5 positioned differently this time to see the displayed image, while a viewer 6 cannot see the image elsewhere again, which corresponds to a third operating mode B3.
  • the basis here is that although the opening width Wxxxc corresponds approximately to Wxxxa, the diaphragms A1, A2, A3, ... are now shifted to the left in relation to the relationships according to FIG. 5, ie have different positions Pxxxc.
  • the diaphragms A1, A2, A3, now, in turn, a viewer 5 located elsewhere can see the image content, while a viewer 6 is not able to do so.
  • FIG. 7a shows the relationships for operating mode B3 as a schematic diagram, in which the opening widths Wxxxc of the diaphragms A1, A2, A3 correspond to the opening widths Wxxxa from operating mode B1.
  • the positions Pxxxc are shifted compared to the operating mode B1 in order to achieve the required mapping.
  • FIG. 8a shows the ratios for operating mode B4, in which again the opening widths Wxxxd of the apertures A1, A2, A3 correspond to the opening widths Wxxxa from operating mode B1.
  • the positions Pxxxd are shifted compared to the operating modes B1 and B3.
  • the electromagnetic switching means (e.g. ITO electrodes) are at least 50% transparent for light in the visible wavelength range that is perpendicular to the light entry surface in the substrate S.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that selected operating modes that can be switched on, e.g. B3 and B4, are cyclically clocked to influence the direction of light in a sequential manner.
  • This can be used, for example, to generate images in two different directions, for example to image two different, time-sequentially displayed images due to the optical element according to the invention, one after the other and cyclically in different directions. If this is presented quickly enough, ie above the flicker fusion frequency, then, depending on the direction and image content, either autostereoscopic representations (both eyes of an observer 5 see two different images at the same time) or two different images simultaneously for two different viewers 5 and 6 (so-called dual view).
  • the optical conditions would then have to be selected such that the different images are made perceptible either at the average eye distance or at least at the average head distance between two viewers located next to one another.
  • FIG. 9 to FIG. 13 an arrangement 8 according to the invention for imaging a multiplicity of illuminated or self-illuminating surfaces F1, F2, F3, - Or shell-shaped substrate S with a first large area designed as a light entry area and a second large area designed as a light exit area, the substrate S being in the viewing direction in front of the multitude of illuminated or self-luminous areas F1, F2, F3, ..., a plurality of formed on the second large area of the substrate S from imaging elements L1, L2, L3, with at most half as many imaging elements L1, L2, L3, ... as areas F1, F2, F3, ... and each imaging element L1, L2, L3, ... in the viewing direction at least two areas F1, F2, F3, ...
  • the arrangement 8 between at least two operating modes B1 and B2 can be switched by activating a first subset (not all) of the areas (F1, F2, F3, ...) for operating mode B1 and for operating mode B2 a disjoint second subset of the areas (F1, F2, F3, ...) is activated, the first and second subset optionally comprising a different number of elements, ie the number of activated areas in the second subset of the number activated areas is different in the first subset, whereby light, which from the respectively activated surfaces F1, F2, F3, ... passes through the light entry surface into the substrate S, after passing through the assigned imaging elements L1, L2, L3, ... in the at least two types of operation B1 and B2, each with different weightings in different directions of propagation (or collimated).
  • FIG. 9 shows a legend for the meaning of area markings with regard to the drawings in FIG. 10 to FIG. 13.
  • the two subsets are not empty and contain a smaller number of areas than actually exist, so they are real subsets. They can contain different numbers of elements.
  • FIG. 10 shows the schematic diagram of an arrangement for mapping a large number of illuminated or self-luminous surfaces in operating mode B1.
  • FIGS. 11 to 13 show operating states B2, B3 and B5.
  • the first subset of the areas F1, F2, F3, ..., here consisting of the areas F2, F5, F8, for the operating mode B1 can mean that the corresponding second subset, i.e. the complementary selection of the remaining areas F1, F3, F4, F6, F7, F9 remains dark, as well as that this is permanently switched to light, i.e. in the corresponding directions in which the permanently switched to light areas F1, F3, F4, F6, F7, F9 are mapped, a light, more or less monochrome, informationless image emitted.
  • the complementary selection of the remaining areas F1, F3, F4, F6, F7, F9 with a randomized image (e.g. each area lights up permanently with a random value) or with a predefined image (the corresponding areas F1, F3, F4 , F6, F7, F9 permanently display a fixed image, such as a light logo) is applied.
  • mapping elements L1, L2, L3, ... The configuration options described above apply to the mapping elements L1, L2, L3, ... and should not be repeated here for reasons of redundancy.
  • each area F1, F2, F3,... advantageously correspond to microLEDs or miniLEDs.
  • each area can be a pixel or sub-pixel of an LCD panel or OLED or QLED or another type of imaging device.
  • the conditions according to FIG. 10 allow a viewer 5 to see the displayed image, while the viewers 6a and 6b at other positions cannot see the image.
  • the basis here is that the correspondingly located illuminated or self-luminous surfaces F2, F5, F8, ... are only imaged in the direction of the viewer 5 due to the imaging elements L1, L2, L3, ...
  • the operating mode B3 is shown in FIG. 12, in which only the viewer 6a can see the image, while the viewers 5 and 6b do not perceive it. This is possible because only the illuminated or self-luminous areas F3, F6, F9, ... are switched on and are mapped accordingly.
  • FIG. 13 shows the operating mode B5, in which only the viewers 6a and 6b can see the image, while the viewer 5 does not perceive it. This is achieved in that only the illuminated or self-luminous surfaces F1, F3, F4, F6, F7, F9, ... are switched on.
  • the lighting device which can be switched between at least two operating modes B1 and B2, comprises a large number of illuminated or self-illuminating surfaces F1, F2, F3. which are arranged on a total area, a substantially plate-shaped substrate S with a first large area formed as a light entry area and a second large area formed as a light exit area, the substrate S in the viewing direction in front of the multitude of illuminated or self-luminous areas F1, F2, F3, ... is a plurality of formed on the second large area of the substrate S from imaging elements L1, L2, L3, ..., with at most half as many imaging elements L1, L2, L3, ... as areas F1, F2, F3 , ... are present and each imaging element L1, L2, L3, ...
  • the lighting device can be switched between at least two operating modes B1 and B2 by, due to an activation (for example by means of electromagnetic switching means) for operating mode B1, an er ste subset (not all) of the surfaces (F1, F2, F3, ...) is activated and a disjoint second subset of the surfaces (F1, F2, F3, ...) is activated for the operating mode B2, with the optional
  • the first and the second subset comprise a different number of elements, ie the number of activated areas in the second selection is different from the number of activated areas in the first sub-selection, whereby light emitted from the respectively activated areas F1, F2, F3,. .. passes through the light entry surface into the substrate S, after passing through the mapping elements L1, L2, L3, ... in the at least two operating modes B1 and B2, each with different weighting proportions in under different propagation angles.
  • the first subset of the areas F1, F2, F3, ... for the operating mode B1 can only mean that the second subset, i.e. the corresponding complementary selection of the remaining areas, remains dark. Neither of the two subsets is empty. They can contain different numbers of elements.
  • a controllable monochromatic or white lighting source such as a microLED, with niLED, QLED or OLED.
  • This lighting device according to the invention can also be expanded to form a screen which can be operated in a first operating mode B1 for a restricted viewing mode and in a second operating mode B2 for a free viewing mode.
  • the same comprises a transmissive image reproduction unit, a lighting device arranged downstream of the image reproduction unit as seen from the viewer, as described above.
  • FIG. 16 shows an example (schematic diagram) for a further configuration of an optical element 1 a in the operating mode B1.
  • the preferred direction is perpendicular to an edge of the substrate S, which corresponds to a narrow side left or right from the point of view of a viewer, and the substrate S is divided into different areas along the preferred direction.
  • a separate reference direction can also be selected for each area, all reference directions being different in pairs and pointing in the direction of an observer 5 with a tolerance of a few to a maximum of 15 degrees.
  • FIG. 16 shows excerpts from 3 areas (left, center, right) of the optical element, which is indicated by the broken lines for the interruption. Furthermore, only selected apertures A1 -A4, A11 -A14 and A21 -A24 were shown, although in reality a large number of such apertures are necessary. The same applies to the representation of the imaging elements L1, ..., L11, ... L21, etc.
  • the positions P1 a, P2a, P3a, ... are here as a rule for each diaphragm A1, A2, A3, ... compared to the positions of the respective mapping elements L1, L2, L3, ... slightly displaced in the direction of the perpendicular of the substrate S in the case of parallel projection.
  • This is shown in Fig.16a to explain the positions and opening widths of an optical element in the embodiment according to Fig.16.
  • the dashed lines are intended to indicate where approximately the center of the surface of the lenses L1, L2,.
  • the opening widths Wxxxa of the apertures A1 -A4 are identical in each case and can, for example, correspond to about a seventh to a quarter of the width of the imaging elements L1 -L4, that is to say, for example, a few to a few tens of micrometers.
  • the positions Pxxxa of the diaphragms A1 -A4 (and all other diaphragms in reality) is selected in the sense of the aforementioned areas, ie in FIG , P2a, P3a, ... for each diaphragm A1, A2, A3, ... with respect to the positions of the corresponding mapping elements L1, L2, L3, ... (whose centers are indicated by the dashed lines) are.
  • the invention described above solves the problem: An optical element was described which can influence the transmission as a function of the angle (and optionally perpendicular) and which can switch between at least two operating modes.
  • the optical element can be implemented inexpensively and, in particular, can be used universally with different types of screen in order to enable switching between a privacy screen and a free viewing mode, the resolution of such a screen being essentially not reduced.
  • the corresponding arrangement also enables the two viewing modes for selected types of luminous surfaces. The same applies to the lighting device according to the invention in interaction with a transmis- sive image display device.
  • the invention described above can advantageously be used in conjunction with an image display device wherever confidential data is displayed and / or entered, such as when entering a PIN or for displaying data on ATMs or payment terminals or for entering passwords or when reading from Emails on mobile devices.
  • the invention can also be used in vehicles, for example in cars, or also in airplanes and buses, where each passenger seat is assigned its own screen. Other applications are in the field of lighting and advertising, in particular to avoid light smog.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (1a), umfassend ein im Wesentlichen plattenförmiges Substrat (S) mit einer als Lichteintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche und einer als Lichtaustrittsfläche zweiten ausgebildeten Großfläche, eine Vielzahl von auf der zweiten Großfläche des Substrats (S) ausgebildeten Abbildungselemente (L1, L2, L3,...), eine Vielzahl von auf oder nahe der ersten Großfläche des Substrats (S) ausgebildeten Blenden (Al1 A2, A3,...), wobei die Anzahl der Blenden (A1, A2, A3,...) nicht kleiner als die der Abbildungselemente (L1, L2, L3,...) ist und wobei jede Blende (A1, A2, A3,...) mindestens einen transparenten geometrischen Bereich innerhalb eines opaken Bereiches umfasst, wobei das optische Element (la), zwischen mindestens zwei Betriebsarten Bl und B2 umgeschaltet werden kann, indem aufgrund einer Ansteuerung mit einem oder mehreren elektromagnetischen Feldern ein Teil oder alle Abbildungselemente (L1, L2, L3,...) ihre Brennweite zwischen Werten fl und f2 ändern, und/oder aufgrund einer Ansteuerung mit einem oder mehreren elektromagnetischen Feldern ein Teil oder alle Blenden (Al, A2, A3,...) ihre Öffnungsweite und/oder ihre Position ändern, und wobei mindestens in der Betriebsart Bl jedem Abbildungselement (LI, L2, L3,...) genau eine Blende (A1, A2, A3,...) zugeordnet ist, so dass durch eine solche Blende (A1, A2, A3,...) hindurchdringendes Licht von dem entsprechend zugeordneten Abbildungselement (L1, L2, L3,...) abgebildet bzw. kollimiert wird, wodurch Licht, welches durch die Blenden (Al, A2, A3,...) und hernach durch die Lichteintrittsfläche des Substrates (S) in das optische Element gelangt, nach Durchgang durch die zugeordneten Abbildungselemente (LI, L2, L3,...) in den mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 jeweils unterschiedliche Ausbreitungswinkel, gemessen in einer oder zwei Vorzugsrichtungen, die jeweils senkrecht auf der Lichtaustrittsfläche des Substrates (S) stehen, aufweisen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Anordnung und eine Beleuchtungseinrichtung.

Description

Titel
Optisches Element zur Beeinflussung von Lichtrichtungen, Anordnung zur Abbildung einer Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen und Beleuchtungseinrichtung
Gebiet der Erfindung
In den letzten Jahren wurden große Fortschritte zur Verbreiterung des Sehwinkels bei LCDs erzielt. Allerdings gibt es oft Situationen, in denen dieser sehr große Sehwinkelbereich eines Bildschirms von Nachteil ist. 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 Betrachtungs winkel, um Informationen auf ihrem Display mit anderen zu teilen, z.B. beim Betrachten von Urlaubsfotos oder auch für Werbezwecke. Andererseits benötigen sie einen kleinen Betrach- tungswinkel, wenn sie die Bildinformationen vertraulich behandeln wollen.
Eine ähnliche Problemstellung ergibt sich im Fahrzeugbau: Dort darf der Fahrer bei einge schaltetem Motor nicht durch Bildinhalte, wie etwa digitale Entertainmentprogramme, abge lenkt werden, während der Beifahrer selbige jedoch auch während der Fahrt betrachten möchte. Mithin wird ein Bildschirm benötigt, der zwischen den entsprechenden Darstellungs- modi umschalten kann.
Stand der Technik
Zusatzfolien, die auf Mikrolamellen basieren, wurden bereits für mobile Displays eingesetzt, um deren visuellen Datenschutz zu erreichen. Allerdings waren diese Folien nicht (um)schalt- bar, sie mussten immer erst per Hand aufgelegt und danach wieder entfernt werden. Auch muss man sie separat zum Display transportieren, wenn man sie nicht braucht. Ein wesentli cher Nachteil des Einsatzes solcher Lamellenfolien ist ferner mit den einhergehenden Licht verlusten verbunden.
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 Lichtauskopp- lung auf Streuung beruht und damit nur geringe Effizienz sowie nicht-optimale Lichtrichtungs effekte erzielt werden. Insbesondere die Erzielung eines fokussierten Lichtkegels wird nicht näher offenbart.
In der CN 107734118 A ist ein Bildschirm beschrieben, der mittels zwei Hintergrundbeleuch tungen den Betrachtungswinkel eines Bildschirms kontrollierbar gestaltet. Die obere der bei den Hintergrundbeleuchtungen soll hierzu fokussiertes Licht aussenden. Als Ausgestaltung dazu wird insbesondere ein Gitter mit opaken und transparenten Abschnitten genannt. Selbi ges 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 Be trachtungsmodus eine deutliche Winkelschmälerung erleidet.
Die US 2007/030240 A1 beschreibt ein optisches Element zur Kontrolle der Lichtausbreitungs richtung von aus einer Hintergrundbeleuchtung herrührenden Lichtes. Dieses optische Ele ment 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.
In der CN 1987606 A wird wiederum ein Bildschirm beschrieben, der mittels zwei Hintergrund beleuchtungen den Betrachtungswinkel eines Bildschirms kontrollierbar gestaltet.
Dabei kommt insbesondere ein „first light plate“ zum Einsatz, welches keilförmig sein muss, um die beabsichtigte fokussierte Lichtauskopplung zu ermöglichen. Genaue Details zur Erzie lung der fokussierten Lichtauskopplung mit entsprechenden Winkelbedingungen werden nicht offenbart.
Weiterhin offenbart die CN 106195766 A zwei Lichtquellen zur Umschaltung zwischen zwei Beleuchtungsmodi. Hier kommen sägezahnförmige Auskoppelstrukturen zur Auskopplung fo kussierten Lichtes zum Einsatz. Nachteilig ist hierbei, dass in den sägezahnförmigen Auskop pelstrukturen auch vertikale Störflanken vorhanden sind, die eine starke Lichtfokussierung, wie sie für einen Sichtschutzmodus nötig wären, erschweren oder sogar verunmöglichen.
Ferner beschreibt die US 2018/0267344 A1 einen Aufbau mit zwei flachen Beleuchtungsmo dulen. Hierbei wird das Licht des in Betrachtungsrichtung hinten liegenden Beleuchtungsmo- dules durch eine separate Struktur fokussiert. Nach der Fokussierung muss das Licht noch durch das vordere Beleuchtungsmodul hindurchtreten, welches über Streuelemente verfügt. Somit ist eine starke Lichtfokussierung für einen Sichtschutz nicht optimal umsetzbar.
Schließlich offenbart die US 2007/0008456 A1 die Aufteilung eines Lichtabstrahlwinkels in mindestens drei Bereiche, wobei in der Regel zwei Bereiche davon mit Licht beaufschlagt werden. Hieraus ergibt sich, dass ein so beleuchtetes Display aus mehr als einer Richtung sichtbar ist. Damit ist der Sichtschutz unzureichend.
Den vorgenannten Verfahren und Anordnungen ist in der Regel der Nachteil gemein, dass sie die Helligkeit des Grundbildschirms deutlich reduzieren und / oder eine aufwändige sowie teure Herstellung erfordern und / oder die Auflösung im frei sichtbaren Modus reduzieren und /oder nur einen beschränkten Sichtschutz ermöglichen. Beschreibung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein optisches Element sowie eine Anordnung und eine Beleuchtungseinrichtung zu beschreiben, welche(s) die Transmission bzw. die Abstrahlung von Licht winkelabhängig beeinflussen kann, und welche(s) zwischen mindestens zwei Be triebsarten umschalten kann. Das optische Element soll preiswert umsetzbar und insbeson- dere mit verschiedenartigen Bildschirmtypen universell verwendbar sein, um eine Umschal tung zwischen einem Sichtschutz- und einem freien Betrachtungsmodus zu ermöglichen, wo bei die Auflösung eines solchen Bildschirms im Wesentlichen nicht herabgesetzt werden soll. Die entsprechende Anordnung soll für ausgewählte Bildgebertypen ebenso die beiden Be trachtungsmodi ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem optischen Element, umfassend ein im Wesentlichen platten- oder schalenförmiges Substrat S mit einer als Licht eintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche und einer als Lichtaustrittsfläche ausgebildeten zweiten Großfläche, - eine Vielzahl von auf der zweiten Großfläche des Substrats S ausgebildeten Ab bildungselemente L1 , L2, L3, ..., eine Vielzahl von auf oder nahe (nahe bedeutet hier, dass der Abstand höchstens in der dreifachen Größenordnung der Dicke des Substrates S liegt) der ersten Großfläche des Substrats S ausgebildeten Blenden A1 , A2, A3, ..., wobei die Anzahl der Blenden A1 , A2, A3, ... nicht kleiner als die der Abbildungselemente
L1 , L2, L3, ... ist und wobei jede Blende A1 , A2, A3, ... mindestens einen trans parenten Bereich innerhalb eines opaken Bereiches umfasst, wobei das optische Element mittels einer Ansteuerung durch elektromagnetische Schaltmittel mit einem oder mehreren elektromagnetischen Feldern zwischen mindestens einer ersten Betriebsart B1 und einer zweiten Betriebsart B2 umge schaltet werden kann, indem durch die Ansteuerung für mindestens einen Teil der Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... ihre Brennweite zwischen Werten f1 und f2 geändert wird, und/oder aufgrund der Ansteuerung für mindestens einen Teil der Blenden A1 , A2, A3, ... ihre Öffnungsweite zwischen Werten W1a und W1b, W2a und W2b, W3a und W3b,... und/oder ihre Position zwischen zwei Werten
P1a und P1b, P2a und P2b, P3a und P3b,... in einer Ebene parallel zur ersten Großfläche geändert wird, und wobei mindestens in der ersten Betriebsart B1 jedem Abbildungselement L1 , L2, L3, ... genau eine Blende A1 , A2, A3, ... zugeordnet ist, so dass durch eine solche Blende A1 , A2, A3, ... hindurchdringendes Licht von dem entsprechend zugeordneten Abbildungselement L1 , L2, L3, ... abgebildet (das bedeutet in der Regel kollimiert) wird, wodurch Licht, welches durch die Blenden A1 , A2, A3, ... und hernach durch die Lichteintrittsfläche des Substrates S in das optische Element gelangt, nach Durchgang durch die zugeordneten Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... in den mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 jeweils unterschiedliche Ausbreitungs winkel, gemessen in einer oder zwei Vorzugsrichtungen, aufweisen.
Zur Variablenkonvention sei Folgendes angemerkt: In der Betriebsart B1 weisen die Blenden A1 , A2, A3, ... Öffnungsweiten W1 a (Blende A1 ), W2a (Blende A2), W3a (Blende A3), ... - allgemein Wxxxa - und Positionen P1 a (Blende A1 ), P2a (Blende A2), P3a (Blende A3), ... - allgemein Pxxxa - auf. Darüber hinaus weisen in der Betriebsart B2 die Blenden A1 , A2, A3, ... Öffnungsweiten W1 b (Blende A1 ), W2b (Blende A2), W3b (Blende A3), ... -allgemein Wxxxb- und Positionen P1 b (Blende A1 ), P2b (Blende A2), P3b (Blende A3), ... -allgemein Pxxxb- auf. Entsprechend würden in weiteren Betriebsarten B3, B4, ... die Variablennamen der Öffnungsweiten Wxxx und der Positionen Pxxx auf c, d, ... enden. Mit „xxx“ ist hier ein Zählwert gemeint, der selbstverständlich auch mehr als 1000 Werte annehmen kann.
Licht, welches durch die Blenden A1 , A2, A3, ... und hernach durch die Lichteintrittsfläche des Substrates S in das optische Element gelangt, breitet sich nach Durchgang durch die zuge ordneten Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... in den mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 jeweils unterschiedlich im Raum aus. Die entsprechenden Ausbreitungswinkel des Lichtes werden in einer Vorzugsrichtung und beispielsweise mit dem Referenzwinkel von 0° auf der Mittelsenkrechten zur Lichtaustrittsfläche des Substrates S gemessen. Die in Betracht gezo gene Vorzugsrichtung ist hier beispielsweise die horizontale Schnittebene durch das Substrat S, welche dessen Mittelsenkrechte einschließt. Für einen Betrachter würde sich diese Vor zugsrichtung beispielsweise als die horizontale Richtung vor dem optischen Element darstel len. Dies lässt sich analog auf gekrümmte Flächen übertragen.
Die Blenden werden oft auch als Aperturen bezeichnet, allerdings ist dieser Begriff mitunter missverständlich, da damit auch gleichzeitig ihre Öffnungsweite als Aperturgröße bezeichnet wird.
Die erste und die zweite Großfläche des plattenförmigen Substrates sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet. Sie können jedoch in besonderen Ausgestaltungen, etwa wenn be sondere winkelabhängige Transmissionen des optischen Elements erreicht werden sollen, auch nicht-parallel, z.B. keilförmig oder sägezahnartig in einem definierten Winkel von bis zu 20 Grad zueinander angeordnet sein. Auch eine schalenförmige Ausgestaltung des Substrats ist möglich, beispielsweise zur Verwendung in gekrümmten Bildschirmen. Die Großflächen des Substrats weisen dann in der Regel eine leichte Krümmung entlang einer Richtung auf, in besonderen Fällen auch eine Doppelkrümmung.
Die als Lichteintrittsfläche ausgebildete erste Großfläche des plattenförmigen Substrats befin det sich in der Regel aus Sicht eines Betrachters auf der Rückseite des Substrates und grenzt je nach Anwendungsfall des optischen Elements beispielsweise an eine Bildwiedergabeein richtung, eine Lichtquelle bzw. Beleuchtungseinrichtung oder an ein Luftvolumen. Aus den letztgenannten Objekten tritt dann Licht durch die besagte Lichteintrittsfläche in das Substrat ein.
Mittels der Ansteuerung mit einem oder mehreren elektromagnetischen Feldern sind mindes tens zwei Betriebszustände definiert, wobei in der ersten Betriebsart B1 die winkelabhängige Transmission von sichtbarem Licht bei weniger als 50% und in der zweiten Betriebsart B2 bei mehr als 50% liegt. Dies gilt für Winkel größer als 30° (dieser Grenzwinkel kann auch variiert werden, z.B. 10°, 20° oder 25°) bezogen auf eine wählbare Referenzrichtung, beispielsweise die Flächennormale der zweiten Großfläche des Substrats S, und gemessen in eine Vorzugs richtung senkrecht zu einer Kante des Substrats S, bevorzugt einer solchen Kante, die einer Schmalseite links oder rechts aus Sicht eines Betrachters entspricht. Ist das Substrat - was in der Regel der Fall ist - quaderförmig und sind die Schmalseiten vertikal und horizontal vor einem stehenden Betrachter ausgerichtet, so ist die Vorzugsrichtung also bevorzugt die hori zontale Richtung. Dies lässt sich analog auf schalenförmige Substrate anwenden, auch hier ist die Vorzugsrichtung die horizontale Richtung. Ein schalenförmiges Substrat ist in der Regel auch entlang dieser Vorzugsrichtung gekrümmt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt die Vorzugsrichtung senkrecht zu einer Kante des Substrats S, die aus Sicht eines Betrachters einer Schmalseite links oder rechts entspricht, und ist das Substrat S entlang der Vorzugsrichtung in verschiedene Bereiche eingeteilt. Dabei ist für jeden Bereich eine eigene Referenzrichtung wählbar, wobei alle Referenzrichtungen paarweise verschieden sind und mit einer Toleranz von wenigen bis maximal 15 Grad in Rich tung eines Betrachters weisen. Dies bietet den Vorteil einer verbesserten Betriebsart B1 , bei welcher ein Betrachter - bei Verwendung des optischen Elements mit einem Bildschirm einen homogeneren Eindruck beim Betrachten des Bildschirms erhält. Erfolgt die Umschaltung bei spielsweise durch eine Änderung der Öffnungsweite der Blenden, so lassen sich die Blenden in der Betriebsart B1 im Vergleich zu Ausgestaltungen mit einer einheitlichen Referenzrichtung weiter schließen und erhöhen so nicht nur die Homogenität, sondern durch die damit einher gehende stärkere Einengung des Winkelbereichs auch den Schutz bzw. die Privatsphäre. Aufgrund der verschiedenen Referenzrichtungen in den unterschiedlichen Bereichen sind hier die Positionen P1 a, P2a, P3a, ... in der Regel für jede Blende A1 , A2, A3, ... gegenüber den Positionen der ihnen jeweils entsprechend zugeordneten Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... bei Parallelprojektion in Richtung der Mittelsenkrechten des Substrates S leicht verschoben.
Vorteilhaft sind bei dieser Ausgestaltung die Referenzrichtungen und die Positionen P1 a, P2a, P3a usw. der Blenden in Abhängigkeit von der Position eines Betrachters wählbar und variier bar. Damit kann sich ein Betrachter vor dem optischen Element bzw. einem Bildschirm, in den dieses eingebaut ist, verschieden positionieren und erhält gleichzeitig den Eindruck der Ho mogenität sowie Privatsphäre im Wesentlichen unbeeinflusst aufrecht, nicht beschränkt auf eine zentrale Position vor dem Bildschirm. Ein Bildschirm mit einem solchermaßen realisierten optischen Element verfügt in einer vorteilhaften Weiterbildung auch über ein Tracking-System, welches die Position des Betrachters registriert und in Verbindung mit einer Ansteuerung die Referenzrichtungen und damit einhergehend die Positionen der Blenden P1 a, P2a, P3a in der Betriebsart B1 entsprechend anpasst, wenn sich der Betrachter vor dem Bildschirm nach links oder rechts bewegt.
Die Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... können planar, sphärisch oder asphärisch, schaltbar oder nicht schaltbar, als Linsen aus Polymer oder Glas, als Beugungsoptik, Gradientenin dexoptik, Flüssigkristalloptik und/oder plasmonische Optik ausgebildet sein. Andere Ausge staltungen sind ebenso denkbar.
Von der äußeren Form her ist es möglich, dass die Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... eben sind (insbesondere im Falle von Gradientenindexoptiken oder Flüssigkristalloptiken) und/oder Mikrolinsen und/oder Lentikulären entsprechen.
Die Blenden A1 , A2, A3, ... sind bevorzugt streifen-, kreis-, ellipsen- oder rechteckförmig aus gebildet. Andere Varianten liegen im Rahmen der Erfindung, etwa auch die Möglichkeit, dass eine oder mehrere Blenden A1 , A2, A3, ... gleichzeitig mehr als nur einen transparenten Be reich innerhalb eines opaken Bereiches umfasst bzw. umfassen.
Insofern die Blenden A1 , A2, A3, ... schaltbar ausgestaltet sind, können diese als mikrofluidi- sche Kanäle, welche durch das Schalten mit einer opaken und/oder reflektiven Flüssigkeit entweder befüllt (Blende schmal mit Öffnungsweite W1a, W2a, W3a usw.) oder geleert (Blende vergrößert oder aufgehoben mit Öffnungsweiten W1 b, W2b, W3b usw., mit Wxxxb>Wxxxa) werden, wobei für die Flüssigkeit ein Reservoir zur Verfügung steht, oder als elektrochrome Schichten ausgebildet sein. Weitere Varianten umfassen elektrochrome Flüs sigkeiten und/oder schaltbare Spiegel (z.B. elektrochrom oder mit cholesterischen Flüssigkris tallen) und/oder elektrophoretische Flüssigkeiten und/oder elektrobenetzende Flüssigkeiten. Außerdem kommen für schaltbare Blenden A1 , A2, A3, ... auch noch PDLC (Polymer dispers liquid crystals) oder sonstige Flüssigkristalle in Frage. Es sind jedoch auch noch andere Aus gestaltungen möglich.
Vorteilhaft können alternativ oder gleichzeitig auch die Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... als schaltbare Abbildungselemente ausgebildet sein, beispielsweise unter Nutzung von im Bre chungsindex veränderbaren Flüssigkristallen oder durch Nutzung von Fluiden, die über die Veränderung des Druckes oder ihrer Position die jeweilige Abbildungsfunktion umschalten. Solche Fluide würden dann beispielsweise in transparenten Kammern, die die äußere Form der Abbildungselemente -z.B. Lentikuläre- verkörpern, eingebracht.
Die Umschaltung zwischen mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 durch Ansteuerung der Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... und/oder der Blenden A1 , A2, A3, ... kann auch durch andere Ansteuerungen als elektromagnetische Felder geschehen, beispielsweise vermittels chemischer oder elektro-chemischer Reaktionen, Druck, Temperatur und/oder Lichteinfall. Explizit kann auch nur ein Teil der Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... bzw. Blenden A1 , A2, A3, ... geschaltet werden, so dass eine lokale Umschaltbarkeit zwischen der ersten Betriebs art B1 und dem zweiter Betriebsart B2 ermöglicht wird. Hierzu würden beispielsweise die elekt romagnetischen Schaltmittel zur Ansteuerung in mehrere, separat schaltbare Segmente un terteilt werden.
Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, wenn das optische Element mittels der Ansteuerung mit einem oder mehreren elektromagnetischen Feldern zu weiteren Betriebsarten B3, ... um geschaltet werden kann, in denen für mindestens einen Teil der Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... ihre Brennweite auf weitere Werte f3, ... (mit f3 <> f2 und f3 <> f1 ) geändert wird, und/oder für mindestens einen Teil der Blenden A1 , A2, A3, ... ihre Öffnungsweite auf weitere Werte W1c, W2c, W3c, und/oder auf weitere Positionen P1c, P2c, P3c, ... geändert wird.
Vorteilhaft sind die elektromagnetischen Schaltmittel für senkrecht über die Lichteintrittsfläche in das Substrat S einfallendes Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich zu mindestens 50% transparent. Es kann sich hier beispielsweise um ITO-Schichten als Elektroden, selbstredend mit einer entsprechenden elektronischen Ansteuerung versehen, handeln.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass alle einschaltbaren Be triebsarten B1 , B2, etc. für eine zeitlich-sequenzielle Lichtrichtungsbeeinflussung zyklisch durchgetaktet werden. Dies kann beispielweise zur Erzeugung von Abbildungen in zwei ver schiedene Richtungen genutzt werden, etwa um zwei verschiedene, zeitlich-sequenziell dar gestellte Bilder aufgrund des erfindungsgemäßen optischen Elements jeweils nacheinander und zyklisch in unterschiedliche Richtungen abzubilden. Wird dies schnell genug, d.h. ober halb der Flimmerverschmelzungsfrequenz des menschlichen Auges, dargeboten, so können je nach Richtungsvorgabe und Bildinhalten entweder autostereoskopische Darstellungen (beide Augen eines Betrachters sehen quasi-gleichzeitig zwei verschiedene Bilder) oder gleichzeitig zwei verschiedene Bilder für zwei verschiedene Betrachter (sogenanntes Dual- View) ermöglicht werden.
Es ist grundsätzlich auch möglich, mehr als zwei Bilder zeitlich sequenziell in mehr als zwei Richtungen abzubilden. Damit sind z.B. sogenannte Multiview-3D-Systeme möglich, bei de nen auch eine gewisse Art der Rundumsicht bei Kopfbewegung ermöglicht wird.
Die Erfindung erlangt besondere praktische Bedeutung, wenn sie zu einem Bildschirm erwei tert wird, der in einer ersten Betriebsart B1 für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einer zweiten Betriebsart B2 für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann. Dieser umfasst ein erfindungsgemäßes optisches Element, wie vorstehend beschrieben, und eine dem optischen Element von einem Betrachter aus gesehen nachgeord- nete Bildwiedergabeeinheit.
In diesem Falle wird das durch die Bildwiedergabeeinheit dargestellte Bild vom optischen Ele ment in seinen Lichtausbreitungsrichtungen wie weiter oben beschrieben beeinflusst. Der Bild schirm kann eine ebene oder gekrümmte Oberfläche aufweisen.
Demgegenüber ist es auch möglich, einen andersartigen Bildschirm zu konfigurieren, der in einer ersten Betriebsart B1 für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einer zweiten Be triebsart B2 für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann. Dieser umfasst eine transmissive Bildwiedergabeeinheit, ein der Bildwiedergabeeinheit von einem Betrachter aus gesehen nachgeord netes erfindungsgemäßes optisches Element, und eine flächige Lichtquelle hinter dem optischen Element.
In diesem Falle wird das Licht der flächigen Lichtquelle aufgrund des erfindungsgemäßen op tischen Elementes in seinen Lichtausbreitungsrichtungen beeinflusst, ehe es auf die Bildwie dergabeeinheit trifft und diese beleuchtet.
Ein vorgenannter Bildschirm löst eine aktuelle Problemstellung im Fahrzeugbau: Dort darf der Fahrer bei eingeschaltetem Motor nicht durch Bildinhalte, wie etwa digitale Entertainmentpro gramme, abgelenkt werden, während der Beifahrer selbige jedoch auch während der Fahrt betrachten möchte. Dazu empfiehlt sich die Betriebsart B1 . Wenn Inhalte auch für den Fahrer sichtbar sein sollen oder dürfen, wird die Betriebsart B2 aktiviert. Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst von einer Anordnung zur Abbildung einer Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen F1 , F2, F3, die auf einer Gesamtfläche an geordnet sind, umfassend ein im Wesentlichen platten- oder schalenförmiges Substrat S mit einer als Licht eintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche und einer als Lichtaustrittsfläche ausgebildeten zweiten Großfläche, wobei sich das Substrat in Betrachtungsrich tung vor der Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen F1 , F2, F3, ... befindet, eine Vielzahl von auf der zweiten Großfläche des Substrats S ausgebildeten Ab bildungselementen L1 , L2, L3, ..., wobei höchstens halb so viele Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... wie Flächen F1 , F2, F3, ... vorhanden sind und jedes Abbildungselement L1 , L2, L3, ... in Betrachtungsrichtung mindestens zwei Flächen F1 , F2, F3, ... überdeckt und je weils mindestens zwei Flächen F1 , F2, F3, ... zugeordnet ist, wobei die Anordnung zwischen mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 umge schaltet werden kann, indem aufgrund einer Ansteuerung (z.B. mittels elektro magnetischer Schaltmittel) für die Betriebsart B1 eine erste Teilmenge (nicht alle) der Flächen (F1 , F2, F3, ...) aktiviert wird und für die Betriebsart B2 eine davon disjunkte zweite Teilmenge der Flächen (F1 , F2, F3, ...) aktiviert wird, wobei op tional die erste und zweite Teilmenge eine unterschiedliche Anzahl von Elemen ten, d.h. aktivierten Flächen umfassen, wodurch Licht, welches aus den jeweils aktivierten Flächen F1 , F2, F3, ... durch die Lichteintrittsfläche in das Substrat S gelangt, nach Durchgang durch die zu geordneten Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... in den mindestens zwei Betriebs arten B1 und B2 jeweils zu unterschiedlichen Gewichtungsanteilen in unter schiedliche Ausbreitungswinkel abgebildet (bzw. kollimiert) wird.
Bei den Teilmengen handelt es sich jeweils um echte Teilmengen - auch als Teilauswahlen bezeichnet -, d.h. jede der Teilmengen umfasst mindestens eine Fläche, jedoch nicht alle Flächen. Die Teilauswahl der Flächen F1 , F2, F3, ... für die Betriebsart B1 kann sowohl be deuten, dass die entsprechende Komplementärauswahl der verbleibenden Flächen dunkel bleibt als auch dass diese permanent hell geschaltet wird, d.h. in die entsprechenden Rich tungen, in welche die verbleibenden, permanent hell geschalteten Flächen abgebildet werden, wird ein helles mehr oder weniger einfarbiges, informationsloses Bild abgestrahlt. Außerdem ist es möglich, dass die Komplementärauswahl der verbleibenden Flächen mit einem rando- misierten Bild (z.B. jede Fläche leuchtet permanent mit einem zufälligen Helligkeitswert) oder mit einem vordefinierten Bild (die entsprechenden Flächen stellen permanent ein fixes Bild, etwa ein helles Logo, dar) beaufschlagt wird. Im Falle von nicht-dunklen, verbleibenden Flä chen würde dann eine Überstrahlung von gegebenenfalls noch vorhandenem Restlicht der Teilauswahl der Flächen F1 , F2, F3, ... in unerwünschte Abbildungsrichtungen stattfinden, so dass der Wirkung der Betriebsart B1 noch verstärkt wird.
Zu den Abbildungselementen L1 , L2, L3, ... gelten die weiter oben beschriebenen Ausgestal tungsmöglichkeiten, die hier aus Redundanzgründen nicht wiederholt werden sollen. Die Mit tel-Wirkungszusammenhänge sind hier überlappend: Während beim optischen Element die Öffnungsweiten geändert oder die Blendenpositionen ggf. verschoben worden sind, weisen bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Flächen F1 , F2, F3 inhärent Öffnungsweiten und/oder Positionen auf, die durch die Auswahlen der in den Betriebsarten jeweils aktivierten Flächen verändert werden.
Vorteilhaft entsprechen bei dieser Anordnung die Flächen F1 , F2, F3, ... jeweils miniLEDs oder microLEDs. Andere Typen sind jedoch möglich, z.B. kann jede Fläche ein Pixel oder Subpixel eines LCD-Panels, OLEDs oder OLEDs oder eines andersartigen Bildgebers sein.
Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung gelöst von einer Beleuchtungseinrichtung, die zwi schen mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 umgeschaltet werden kann. Diese umfasst eine Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen F1 , F2, F3. die auf einer Gesamtfläche angeordnet sind, ein im Wesentlichen platten- oder schalenförmiges Substrat S mit einer als Licht eintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche und einer als Lichtaustrittsfläche zweiten ausgebildeten Großfläche, wobei sich das Substrat in Betrachtungsrich tung vor der Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen F1 , F2, F3, ... befindet, eine Vielzahl von auf der zweiten Großfläche des Substrats S ausgebildeten Ab bildungselementen L1 , L2, L3, ..., wobei höchstens halb so viele Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... wie Flächen F1 , F2, F3, ... vorhanden sind und jedes Abbildungselement L1 , L2, L3, ... in Betrachtungsrichtung mindestens zwei Flächen F1 , F2, F3, ... überdeckt und je weils mindestens zwei Flächen F1 , F2, F3, ... zugeordnet ist, wobei die Beleuchtungseinrichtung zwischen mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 umgeschaltet werden kann, indem aufgrund einer Ansteuerung (z.B. mit tels elektromagnetischer Schaltmittel) für die Betriebsart B1 eine erste Teilmenge (nicht alle) der Flächen (F1 , F2, F3, ...) aktiviert wird und für die Betriebsart B2 eine davon disjunkte zweite Teilmenge der Flächen (F1 , F2, F3, ...) aktiviert wird, wobei optional die erste und die zweite Teilmenge eine unterschiedliche Anzahl von Elementen umfassen, d.h. die Anzahl aktivierter Flächen in der zweiten Teil menge von der Anzahl aktivierter Flächen in der ersten Teilmenge verschieden ist, wodurch Licht, welches aus den jeweils aktivierten Flächen F1 , F2, F3, ... durch die Lichteintrittsfläche in das Substrat S gelangt, nach Durchgang durch die zu geordneten Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... in den mindestens zwei Betriebs arten B1 und B2 jeweils zu unterschiedlichen Gewichtungsanteilen in unter schiedliche Ausbreitungswinkel abgebildet wird.
Bei den Teilmengen handelt es sich jeweils um echte Teilmengen - auch als Teilauswahlen bezeichnet -, d.h. jede der Teilmengen umfasst mindestens eine Fläche, jedoch nicht alle Flächen. Die echte Teilauswahl der Flächen F1 , F2, F3, ... für die Betriebsart B1 kann hier jedoch ausschließlich bedeuten, dass die entsprechende Komplementärauswahl der verblei benden Flächen dunkel bleibt.
Es ist hierbei auch möglich, dass verschiedene Flächen F1 , F2, F3, ... gleichzeitig in unter schiedliche Richtungen abgebildet werden.
Die beschriebene Beleuchtungseinrichtung kann bereits als Anzeigeelement mit unter Um ständen geringer Auflösung (z.B. für Local Dimming-Effekte) verwendet werden, das in einer ersten Betriebsart B1 für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einer zweiten Betriebsart B2 für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann. Die erfindungsgemäße Beleuchtungs einrichtung kann mit einem hochauflösenden Bildschirm, der in einer ersten Betriebsart B1 für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einer zweiten Betriebsart B2 für einen freien Sicht modus betrieben werden kann, verwendet werden.
Selbiger umfasst dazu eine transmissive Bildwiedergabeeinheit, eine der Bildwiedergabeeinheit von einem Betrachter aus gesehen nachge- ordnete Beleuchtungseinrichtung, wie vorstehend beschrieben.
Es gelten hier sinngemäß die weiter oben angegebenen Ausgestaltungsvarianten und Mittel- Wirkungszusammenhänge, die hier aus Redundanzgründen nicht wiederholt werden.
Grundsätzlich bleibt die Leistungsfähigkeit der Erfindung erhalten, wenn die vorbeschriebenen Parameter in bestimmten Grenzen variiert werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombina tionen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale zeigen, näher erläutert. Es zeigt
Fig.1 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements in einer ersten Aus gestaltung in der Betriebsart B1 ,
Fig.2 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements in einer ersten Aus gestaltung in der Betriebsart B2,
Fig.3 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements in einer zweiten Aus gestaltung in der Betriebsart B1 ,
Fig.3a eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Positionen und Öffnungsweiten eines opti schen Elements in der zweiten Ausgestaltung in der Betriebsart B1 ,
Fig.4 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements in einer zweiten Aus gestaltung in der Betriebsart B2,
Fig.4a eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Positionen und Öffnungsweiten eines opti schen Elements in der zweiten Ausgestaltung in der Betriebsart B2,
Fig.5 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements in einer dritten Aus gestaltung in der Betriebsart B1 ,
Fig.5a eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Positionen und Öffnungsweiten eines opti schen Elements in der dritten Ausgestaltung in der Betriebsart B1 ,
Fig.6 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements in einer dritten Aus gestaltung in der Betriebsart B2,
Fig.7 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements in einer dritten Aus gestaltung in der Betriebsart B3,
Fig.7a eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Positionen und Öffnungsweiten eines opti schen Elements in der dritten Ausgestaltung in der Betriebsart B3,
Fig.8 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements in einer dritten Aus gestaltung in der Betriebsart B4,
Fig.8a eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Positionen und Öffnungsweiten eines opti schen Elements in der dritten Ausgestaltung in der Betriebsart B4,
Fig.9 eine Legende für die Bedeutung von Flächenmarkierungen bzgl. der nachfolgenden Zeichnungen Fig.10 bis Fig.13,
Fig.10 die Prinzipskizze einer Anordnung zur Abbildung einer Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen in der Betriebsart B1 ,
Fig.11 die Prinzipskizze einer Anordnung zur Abbildung einer Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen in der Betriebsart B2,
Fig.12 die Prinzipskizze einer Anordnung zur Abbildung einer Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen in der Betriebsart B3, Fig.13 die Prinzipskizze einer Anordnung zur Abbildung einer Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen in der Betriebsart B5,
Fig.14 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements in einer ersten Aus gestaltung in der Betriebsart B1 in Verbindung mit einer Bildwiedergabeeinrichtung und einer flächigen Lichtquelle,
Fig.15 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements in einer ersten Aus gestaltung in der Betriebsart B2 in Verbindung mit einer Bildwiedergabeeinrichtung und einer flächigen Lichtquelle,
Fig. 16 ein Beispiel für eine weitere Ausgestaltung eines optischen Elements in der Betriebs art B1 , sowie
Fig.16a eine Erläuterung der Positionen und Öffnungsweiten eines optischen Elements in der Ausgestaltung gemäß Fig.16.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen wieder. In allen Zeichnungen sind ferner nur wenige ausgewählte Elemente und Strahlen dargestellt, obwohl in der physischen Ausgestaltung jeweils eine Vielzahl von Blenden, Abbildungsele menten oder Strahlen vorhanden ist. Die Zeichnung Fig.1 zeigt die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements 1 a in einer ersten Ausgestaltung in der Betriebsart B1 und die Fig.2 in der Betriebsart B2, zu nächst in Verbindung mit einer Bildwiedergabeeinheit 1 , beispielsweise einem OLED- oder
LCD-Panel. Das erfindungsgemäße optische Element 1a, umfasst hier ein im Wesentlichen platten- oder schalenförmiges Substrat S mit einer als Licht eintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche (unten) und einer als Lichtaus trittsfläche zweiten ausgebildeten Großfläche (oben), eine Vielzahl von auf der zweiten Großfläche des Substrats S ausgebildeten Ab- bildungselementen L1 , L2, L3, ..., eine Vielzahl von auf oder nahe (nahe bedeutet in diesem Beispiel, dass der Ab stand etwa in der Größenordnung der Dicke des Substrates S liegt) der ersten Großfläche des Substrats S ausgebildeten -in dieser ersten Ausgestaltung fixen- Blenden A1 , A2, A3, .... wobei die Anzahl der Blenden A1 , A2, A3, ... nicht kleiner als die der Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... ist und wobei jede Blende A1 , A2,
A3, ... mindestens einen transparenten Bereich innerhalb eines opaken Berei ches umfasst, wobei das optische Element 1 a mittels einer Ansteuerung mit einem oder meh reren elektromagnetischen Feldern, welche durch elektromagnetische Schaltmit tel gesteuert werden, zwischen mindestens einer ersten Betriebsart B1 und einer zweiten Betriebsart B2 umgeschaltet werden kann, indem für mindestens einen Teil der Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... ihre Brennweite zwischen den Werten f1 und f2 geändert wird, und wobei mindestens in der Betriebsart B1 (siehe Fig.1 ) jedem Abbildungsele ment L1 , L2, L3, ... genau eine Blende A1 , A2, A3, ... zugeordnet ist, so dass durch eine solche Blende A1 , A2, A3, ... hindurchdringendes Licht von dem ent sprechend zugeordneten Abbildungselement L1 , L2, L3, ... abgebildet (bzw. kol- limiert) wird, wodurch nur ein Betrachter 5 das von der Bildwiedergabeeinheit 1 dargestellte Bild nach Durchgang durch das optische Element 1 a wahrnehmen kann, während ein benachbart angeordneter Betrachter 6 aus Schrägsicht ein solches Bild nicht sieht (siehe gestrichelte Pfeile).
Licht, welches durch die Blenden A1 , A2, A3, ... und hernach durch die Lichteintrittsfläche des Substrates S in das optische Element gelangt, breitet sich nach Durchgang durch die zuge ordneten Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... in den mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 jeweils unterschiedlich im Raum aus. Die entsprechenden Ausbreitungswinkel des Lichtes werden in einer Vorzugsrichtung und beispielsweise mit dem Referenzwinkel von 0° auf der Mittelsenkrechten zur Lichtaustrittsfläche des Substrates S gemessen. Die hier hin Betracht gezogene Vorzugsrichtung liegt beispielsweise in der Zeichenebene auf der Oberfläche bzw. der Lichtaustrittsfläche des Substrats S. Für die Betrachter 5 und 6 würde sich diese Vorzugs richtung als die horizontale Richtung vor dem optischen Element 1 a darstellen.
Für die in Fig.2 dargestellte Betriebsart B2 ist zwar wiederum jedem Abbildungselement L1 , L2, L3, ... genau eine Blende A1 , A2, A3, ... zugeordnet, so dass durch eine solche Blende A1 , A2, A3, ... hindurchdringendes Licht von dem entsprechend zugeordneten Abbildungsele ment L1 , L2, L3, ... abgebildet (bzw. kollimiert) wird. Allerdings wurde nun die Brennweite f2 auf unendlich gestellt, so dass die Kollimation faktisch entfällt und die Lichtstrahlen durch das nun als planparallele Platte wirkende Substrat S lediglich einen Parallelversatz erfahren.
Dadurch können sowohl der Betrachter 5 als auch ein benachbart angeordneter Betrachter 6 aus Schrägsicht das von der Bildwiedergabeeinheit 1 dargestellte Bild nach Durchgang durch das optische Element 1 a wahrnehmen.
Die erste und die zweite Großfläche des plattenförmigen Substrates S sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet. In der ersten Betriebsart B1 liegt die winkelabhängige Transmission von sichtbarem Licht bei weniger als 50% und in einer zweiten Betriebsart B2 bei mehr als 50%. Dies gilt für Winkel größer als 30° (dieser Grenzwinkel kann auch variiert werden, z.B. 10°, 20° oder 25°) bezogen auf eine wählbare Referenzrichtung, beispielsweise die Flächennormale der zweiten Großflä che des Substrats S, und gemessen in einer Vorzugsrichtung senkrecht zu einer Kante des Substrats S, bevorzugt einer solchen Kante, die einer Schmalseite links oder rechts aus Sicht eines Betrachters entspricht.
Die Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... können in dieser ersten Ausgestaltung schaltbaren, sphärischen und/oder asphärischen Lentikulären entsprechen, beispielsweise unter Nutzung von im Brechungsindex veränderbaren Flüssigkristallen oder durch Nutzung von Fluiden, die über Druck oder Positionsänderung die jeweilige Abbildungsfunktion umschalten. Es sind cho- lesterische Flüssigkristallzellen denkbar, in denen die Linsenwirkung durch die Ausrichtung eine Gradientenindexlinse erzeugt wird und/oder die Topologie der Substrate genutzt wird. Andere Ausgestaltungen sind ebenso denkbar.
Die Blenden A1 , A2, A3, ... sind bevorzugt streifen-, kreis-, ellipsen- oder rechteckförmig aus gebildet.
Für den Fall, dass es sich in der ersten Ausgestaltung bei dem unter dem optischen Element 1 a gelegenen Objekt nicht um eine Bildwiedergabeeinrichtung 1 , sondern um eine flächige Lichtquelle 2 handelt (wie in Fig.1 und nachfolgenden Zeichnungen durch die Bezeichner „1 / 2“ angedeutet), gelten die oben genannten Beeinflussungen aufgrund des optischen Elements 1 a entsprechend. Dies ist auch eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung die Erfindung. Hierbei kann dann die aus dem optischen Element 1 a und der flächigen Lichtquelle 2 gebildete Einheit als schaltbare Beleuchtungseinrichtung für transmissive Bildwiedergabeeinrichtungen, etwa LCD-Panels, genutzt werden, um diese wahlweise in den Betriebsarten B1 und B2 zu betrei ben. Diese Anwendungsmöglichkeit gilt auch jeweils für die nachfolgende zweite und dritte Ausgestaltung in Verbindung mit den Zeichnungen Fig .3 bis Fig.8 und wird daher für diese in den folgenden Ausführungen nicht wiederholt. Sie wird aber anhand der Zeichnungen Fig.14 und Fig.15 kurz erläutert: So zeigt Fig.14 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen opti schen Elements 1 a in einer ersten Ausgestaltung in der Betriebsart B1 in Verbindung mit einer Bildwiedergabeeinrichtung 1 und einer flächigen Lichtquelle 2. Die Fig.15 gibt dann entspre chend die Betriebsart B2 wieder. Es gelten hier sinngemäß die zu den Zeichnungen Fig.1 und Fig.2 gegebenen Erläuterungen, wobei zwischen dem optischen Element 1 a und den Betrach tern 5 und 6 die transmissive Bildwiedergabeeinrichtung 1 angeordnet ist, beispielsweise ein LCD-Panel. Dieses wird nun in der Betriebsart B1 mit einem einge-schränkten Winkelbereich hinterleuchtet, so dass ein darauf dargestelltes Bild nur aus einem eingeschränkten Winkel- bereich sichtbar ist. So würde der Betrachter 5 ein solches Bild sehen, der Betrachter 6 hin gegen nicht. Demgegenüber wird in der Betriebsart B2 (siehe Fig.15) eine Beleuchtung im breiten (z.B. horizontalen) Winkel ermöglicht, so dass das Bild für die Betrachter 5 und 6 (und ggf. für weitere, hier nicht eingezeichnete Betrachter) sichtbar ist.
Die Zeichnung Fig.3 zeigt die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements 1 a in einer zweiten Ausgestaltung in der Betriebsart B1 und die Fig.4 in der Betriebsart B2, hier in Verbindung mit einer Bildwiedergabeeinheit 1 , beispielsweise einem OLED- oder LCD-Pa- nel.
In dieser zweiten Ausgestaltung sind die Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... nicht schaltbar. Hingegen ist es hier möglich, aufgrund einer Ansteuerung mit einem oder mehreren elektro magnetischen Feldern, die von elektromagnetischen Schaltmitteln erzeugt werden (oder an deren geeigneten Typen von Ansteuerungen) mindestens einen Teil der Blenden A1 , A2, A3, ... in ihrer Öffnungsweite zwischen Werten W1 a und W1 b, W2a und W2b, usw. und/oder ihre Position zwischen zwei Werten P1 a und P1 b, P2a und P2b, usw. in einer Ebene parallel zur ersten Großfläche zu ändern.
Dazu zeigt die Fig.3a eine Erläuterung der Positionen und Öffnungsweiten eines optischen Elements in der zweiten Ausgestaltung in der Betriebsart B1 . Die Blende A1 hat ihren Mittel punkt an der Stelle P1 a, die Blende A2 bei P2a und so weiter (hier beispielhaft gemessen von der linken Kante des Substrates). Ferner weist Blende A1 eine Öffnungsweite von W1 a auf, Blende A2 von W2a, usw.
Entsprechend wird über die Kollimation durch die Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... entweder der transparente oder der nicht transparente Teil jeder Blende A1 , A2, A3, ... abgebildet, wodurch wiederum gemäß der Gegebenheiten nach Fig.3 für die Betriebsart B1 ein Betrachter 5 das auf der Bildwiedergabeeinheit 1 dargestellte Bild sehen kann, während ein benachbarter Betrachter 6 dieses nicht sieht. Umgekehrt würden beide Betrachter 5 und 6 nach den Gege benheiten gemäß Fig.4 ein solches Bild sehen, denn die Blenden A1 , A2, A3, ... sind hier auf ein Maximum der transparenten Öffnung (Öffnungsweite Wxxxb mit Wxxxb>Wxxxa, d.h. W1b>W1 a, W2b>W2a usw.) verändert worden, so dass die Abbildung in große Raumwinkel vor dem optischen Element 1 a ermöglicht wird.
Hierzu gibt Fig.4a eine Erläuterung der Positionen und Öffnungsweiten eines optischen Ele ments in der zweiten Ausgestaltung in der Betriebsart B2 wieder. Die Blende A1 hat demnach ihren Mittelpunkt an der Stelle P1 b, die Blende A2 bei P2b und so weiter (hier wiederum bei- spielhaft gemessen von der linken Kante des Substrates). Ferner weist Blende A1 eine Öff nungsweite von W1 b auf, Blende A2 von W2b, usw. Die Umschaltung in die Betriebsart B2 hat also bewirkt, dass sich die Öffnungsweiten Wxxx der Blenden A1 , A2, ... vergrößert haben.
In dieser zweiten wie auch in den anderen beispielhaften Ausgestaltungen des optischen Ele ments 1 a bewegen sich die Öffnungsweiten Wxxxa und Wxxxb (und ggf. weiterer Werte Wxxxc etc.) zwischen etwa einem Fünftel und dem Zwanzigfachen der Breite (oder Höhe) der kleinsten Bildelemente (Pixel oder Farb-Subpixel) der Bildwiedergabeeinheit 1 . Für besondere Ausgestaltungen sind jedoch auch andere Werte denkbar.
Die schaltbaren Blenden A1 , A2, A3, ... können als mikrofluidische Kanäle, welche durch das Schalten mit einer opaken und/oder reflektiven Flüssigkeit entweder befüllt (Blende wirksam, d.h. begrenzte Öffnungsweite Wxxxa aktiv) oder geleert werden (Blende mit großer Öffnungs weite Wxxxb mit Wxxxb>Wxxxa, die Blende kann bei maximaler Öffnung nicht nur physisch geöffnet sein, sie kann dann auch komplett transparent sein), oder als elektrochrome Schich ten ausgebildet sein. Es sind andere Ausgestaltungen möglich.
Etwa im Falle einer reflektiven Flüssigkeit und auch eines schaltbaren Spiegels würden seitli che Betrachter 6 hier nicht unbedingt ein schwarzes Bild, sondern vielmehr eine Reflexion der vor dem optischen Element 1 a befindlichen Gegenstände sehen, was den Sichtschutzeffekt weiter erhöht.
Die Umschaltung zwischen mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 durch Ansteuerung der Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... und/oder der Blenden A1 , A2, A3, ... kann auch durch andere Ansteuerungen als elektromagnetische Felder geschehen, beispielsweise vermittels chemischer oder elektro-chemischer Reaktionen, Druck, Temperatur und/oder Lichteinfall.
Explizit kann in allen Ausgestaltungen der Erfindung auch nur ein Teil der Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... bzw. Blenden A1 , A2, A3, ... geschaltet werden, so dass eine lokale Umschalt barkeit zwischen der ersten Betriebsart B1 und der zweiten Betriebsart B2 ermöglicht wird. Hierzu würden beispielsweise die elektromagnetischen Schaltmittel zur Ansteuerung in meh rere, separat schaltbare Segmente unterteilt werden.
Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, wenn weitere Betriebsarten B3, ... usw. wählbar sind, in denen aufgrund einer Ansteuerung mit einem oder mehreren elektromagnetischen Feldern mindestens ein Teil der Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... ihre Brennweite auf einen Wert f3, ... ändern, und/oder aufgrund einer Ansteuerung mit einem oder mehreren elektro magnetischen Feldern mindestens ein Teil der Blenden A1 , A2, A3, ... ihre Öffnungsweite auf einen Wert W1c, W2c, W3c, ... ändern. Diesbezüglich zeigen die Fig.5 bis Fig.8 Prinzipskizzen eines erfindungsgemäßen optischen Elements 1 a in einer dritten Ausgestaltung in Betriebsarten B1 bis B4, wobei wiederum das optische Element 1 a vor einer Bildwiedergabeeinrichtung 1 , beispielsweise einem LCD-Panel, angeordnet ist. Hierbei wurde die Variante gewählt, dass aufgrund einer Ansteuerung mit ei nem oder mehreren elektromagnetischen Feldern mindestens ein Teil der Blenden A1 , A2, A3, ... ihre Öffnungsweite jeweils für die Betriebszustände B1 bis B4 auf Werte Wxxxa bis Wxxxd ändern, während die Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... fixe Abbildungseigenschaften aufweisen. Die Blenden werden hier beispielsweise umgesetzt durch einen Flüssigkristalls hutter, der es erlaubt, nicht allein die Öffnungsweiten Wxxxa bis Wxxxd zu ändern, sondern auch die Positionen Pxxxa bis Pxxxd der Blenden A1 bis A4 zu verschieben. Es wäre in die sem Zusammenhang beispielsweise auch möglich, die Blenden auf der Basis von Elektrowet- ting oder Elektro- bzw. Magnetophorese auszugestalten.
Zur Erläuterung der Öffnungsweiten und Positionen in der Betriebsart B1 wird für die Verhält nisse gemäß Fig.5 die Fig.5a herangezogen: Die Blende A1 hat ihren Mittelpunkt an der Stelle P1 a, die Blende A2 bei P2a und so weiter (hier beispielhaft gemessen von der linken Kante des Substrates). Ferner weist Blende A1 eine Öffnungsweite von W1 a auf, Blende A2 von W2a und so weiter. Bei den Verhältnissen gemäß Fig.6, d.h. Betriebsart B2, sind die Positio nen Pxxxb der Blenden A1 , A2, A3 die gleichen wie in der Betriebsart B1 (siehe Fig. 3a), allerdings sind hier die Öffnungsweiten Wxxxb der Blenden A1 , A2, A3, ... maximal gestellt, was aus Redundanzgründen nicht dargestellt ist. Entsprechend wird über die Kollimation durch die Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... entweder der transparente oder der nicht trans parente Teil jeder Blende A1 , A2, A3, ... abgebildet, wodurch wiederum gemäß der Gegeben heiten nach Fig.5 für die Betriebsart B1 ein Betrachter 5 das auf der Bildwiedergabeeinheit 1 dargestellte Bild sehen kann, während ein benachbarter Betrachter 6 dieses nicht sieht. Um gekehrt würden beide Betrachter 5 und 6 nach den Gegebenheiten gemäß Fig.6 ein solches Bild sehen, denn die Blenden A1 , A2, A3, ... sind in der Betriebsart B2 hier auf ein Maximum der transparenten Öffnung (Öffnungsweite Wxxxb mit Wxxxb>Wxxxa) verändert worden, so dass die Abbildung in große Raumwinkel vor dem optischen Element 1 a ermöglicht wird.
Schließlich erlauben die Gegebenheiten gemäß Fig.7 einem dieses Mal abweichend positio nierten Betrachter 5 die Sicht auf das dargestellte Bild, während ein Betrachter 6 an anderer Stelle erneut das Bild nicht sehen kann, was einer dritten Betriebsart B3 entspricht. Grundlage ist hier, dass zwar die Öffnungsweite Wxxxc jeweils in etwa Wxxxa entspricht, nunmehr aber die Blenden A1 , A2, A3, ... gegenüber den Verhältnissen nach Fig.5 nach links verschoben sind, d.h. andere Positionen Pxxxc aufweisen. Entsprechend sind gemäß Fig.8 verglichen mit den Verhältnissen nach Fig.5 die Blenden A1 , A2, A3, ... bei gleicher Öffnungsweite Wxxxd=Wxxxc=Wxxxa nach rechts an die Positionen Pxxxd verschoben, so dass dort ein nunmehr wiederum an anderer Stelle befindlicher Betrachter 5 den Bildinhalt sehen kann, während ein Betrachter 6 dazu nicht in der Lage ist.
Dazu zeigt Fig.7a als Prinzipskizze die Verhältnisse für die Betriebsart B3, in welcher die Öff nungsweiten Wxxxc der Blenden A1 , A2, A3 den Öffnungsweiten Wxxxa aus der Betriebsart B1 entsprechen. Hier sind jedoch die Positionen Pxxxc gegenüber der Betriebsart B1 verscho ben, um die entsprechend gewünschte Abbildung zu erzielen. Ferner gibt Fig.8a die Verhält nisse für die Betriebsart B4 wieder, in welcher wiederum die Öffnungsweiten Wxxxd der Blen den A1 , A2, A3 den Öffnungsweiten Wxxxa aus der Betriebsart B1 entsprechen. Allerdings sind die Positionen Pxxxd gegenüber den Betriebsarten B1 und B3 verschoben.
Vorteilhaft sind die -zeichnerisch nicht dargestellten- elektromagnetischen Schaltmittel (z.B. ITO-Elektroden) für senkrecht über die Lichteintrittsfläche in das Substrat S einfallendes Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich zu mindestens 50% transparent.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ausgewählte einschalt- bare Betriebsarten, z.B. B3 und B4 für eine zeitlich-sequenzielle Lichtrichtungsbeeinflussung zyklisch durchgetaktet werden. Dies kann beispielweise zur Erzeugung von Abbildungen in zwei verschiedene Richtungen genutzt werden, etwa um zwei verschiedene, zeitlich-sequen ziell dargestellte Bilder aufgrund des erfindungsgemäßen optischen Elements jeweils nachei nander und zyklisch in unterschiedliche Richtungen abzubilden. Wird dies schnell genug, d.h. oberhalb der Flimmerverschmelzungsfrequenz, dargeboten, so können je nach Richtungsvor gabe und Bildinhalten entweder autostereoskopische Darstellungen (beide Augen eines Be trachters 5 sehen quasi-gleichzeitig zwei verschiedene Bilder) oder gleichzeitig zwei verschie dene Bilder für zwei verschiedene Betrachter 5 und 6 (sogenanntes Dual-View) ermöglicht werden. Entsprechend letztgenannter Möglichkeiten wären dann die optischen Verhältnisse so zu wählen, dass die verschiedenen Bilder entweder im durchschnittlichen Augenabstand oder aber mindestens im durchschnittlichen Kopfabstand zweier nebeneinander befindlichen Betrachter wahrnehmbar gemacht werden.
Mit Bezug auf die Zeichnungen Fig.9 bis Fig.13 umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung 8 zur Abbildung einer Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen F1 , F2, F3, ..., die auf einer Gesamtfläche angeordnet sind, folgende Komponenten: ein im Wesentlichen platten- oder schalenförmiges Substrat S mit einer als Licht eintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche und einer als Lichtaustrittsfläche ausgebildeten zweiten Großfläche, wobei sich das Substrat S in Betrachtungs richtung vor der Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen F1 , F2, F3, ... befindet, eine Vielzahl von auf der zweiten Großfläche des Substrats S ausgebildeten Ab bildungselementen L1 , L2, L3, wobei höchstens halb so viele Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... wie Flächen F1 , F2, F3, ... vorhanden sind und jedes Abbildungselement L1 , L2, L3, ... in Betrachtungsrichtung mindestens zwei Flächen F1 , F2, F3, ... überdeckt und je weils mindestens zwei Flächen F1 , F2, F3, ... zugeordnet ist, wobei die Anordnung 8 zwischen mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 um geschaltet werden kann, indem aufgrund einer Ansteuerung (z.B. mittels elektro magnetischer Schaltmittel) für die Betriebsart B1 eine erste Teilmenge (nicht alle) der Flächen (F1 , F2, F3, ...) aktiviert wird und für die Betriebsart B2 eine davon disjunkte zweite Teilmenge der Flächen (F1 , F2, F3, ...) aktiviert wird, wobei op tional die erste und die zweite Teilmenge eine unterschiedliche Anzahl von Ele menten umfassen, d.h. die Anzahl aktivierter Flächen in der zweiten Teilmenge von der Anzahl aktivierter Flächen in der ersten Teilmenge verschieden ist, wodurch Licht, welches aus den jeweils aktivierten Flächen F1 , F2, F3, ... durch die Lichteintrittsfläche in das Substrat S gelangt, nach Durchgang durch die zu geordneten Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... in den mindestens zwei Betriebs arten B1 und B2 jeweils zu unterschiedlichen Gewichtungsanteilen in unter schiedliche Ausbreitungsrichtungen abgebildet (bzw. kollimiert) wird.
Dazu zeigt Fig.9 eine Legende für die Bedeutung von Flächenmarkierungen bzgl. der Zeich nungen Fig.10 bis Fig.13. Die beiden Teilmengen sind nicht leer und enthalten eine geringere Anzahl von Flächen als tatsächlich vorhanden, es sind demnach echte Teilmengen. Sie kön nen unterschiedliche Anzahlen von Elementen umfassen.
In Fig.10 ist die Prinzipskizze einer Anordnung zur Abbildung einer Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen in der Betriebsart B1 dargestellt. Analog zeigen die Fig.11 bis Fig.13 Betriebszustände B2, B3 und B5.
Es ist explizit auch möglich, zwei verschiedene Auswahlen der Flächen F1 , F2, F3, ... für die Betriebsarten B1 und B2 zu wählen, die zwar jeweils die gleiche Anzahl aktivierter Flächen beinhalten, jedoch jeweils mindestens zwei unterschiedliche Flächen F1 , F2, F3, ... umfassen.
Die erste Teilmenge der Flächen F1 , F2, F3, ..., hier bestehend aus den Flächen F2, F5, F8, für die Betriebsart B1 kann sowohl bedeuten, dass die entsprechende zweite Teilmenge, d.h. die Komplementärauswahl der verbleibenden Flächen F1 , F3, F4, F6, F7, F9 dunkel bleibt, als auch dass diese permanent hell geschaltet wird, d.h. in die entsprechenden Richtungen, in welche die permanent hell geschalteten Flächen F1 , F3, F4, F6, F7, F9 abgebildet werden, wird ein helles, mehr oder weniger einfarbiges, informationsloses Bild abgestrahlt. Außerdem ist es möglich, dass die Komplementärauswahl der verbleibenden Flächen F1 , F3, F4, F6, F7, F9 mit einem randomisierten Bild (z.B. jede Fläche leuchtet permanent mit einem zufälligen Wert) oder mit einem vordefinierten Bild (die entsprechenden Flächen F1 , F3, F4, F6, F7, F9 stellen permanent ein fixes Bild, etwa ein helles Logo, dar) beaufschlagt wird.
Zu den Abbildungselementen L1 , L2, L3, ... gelten die weiter oben beschriebenen Ausgestal tungsmöglichkeiten, die hier aus Redundanzgründen nicht wiederholt werden sollen.
Vorteilhaft entsprechen bei dieser Anordnung die Flächen F1 , F2, F3, ... jeweils microLEDs oder miniLEDs. Andere Typen sind jedoch möglich, z.B. jede Fläche kann ein Pixel oder Sub pixel eines LCD-Panels oder OLEDs bzw. QLEDs oder eines andersartigen Bildgebers sein.
Die Gegebenheiten gemäß Fig.10 (Betriebsart B1 ) erlauben einem Betrachter 5 die Sicht auf das dargestellte Bild, während die Betrachter 6a und 6b an anderen Positionen das Bild nicht sehen können. Grundlage ist hier, dass die entsprechend gelegenen beleuchteten oder selbst leuchtenden Flächen F2, F5, F8, ... aufgrund der Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... nur in Richtung Betrachter 5 abgebildet werden.
Bei der Betriebsart B2 gemäß Fig.11 hingegen sind alle beleuchteten oder selbst leuchtenden Flächen F1 , F2, F3, ... eingeschaltet, so dass die Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... die dar gestellte Bildinformation in viele Richtungen abbilden und diverse Betrachter 6a und 6b den Bildinhalt sehen können.
Weiterhin ist in Fig.12 die Betriebsart B3 gezeigt, bei dem nur der Betrachter 6a das Bild sehen kann, während die Betrachter 5 und 6b dies nicht wahrnehmen. Dies ist möglich, weil nur die beleuchteten oder selbst leuchtenden Flächen F3, F6, F9, ... eingeschaltet sind und entspre chend abgebildet werden.
Schließlich zeigt die Fig.13 die Betriebsart B5, bei dem nur die Betrachter 6a und 6b das Bild sehen können, während der Betrachter 5 dies nicht wahrnimmt. Dies wird erreicht, indem nur die beleuchteten oder selbst leuchtenden Flächen F1 , F3, F4, F6, F7, F9, ... eingeschaltet sind.
Weitere Betriebsarten sind denkbar, indem über alle Flächen F1 , F2, F3, ... hinweg noch an dere Auswahlen definiert werden.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung, die zwischen mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 umgeschaltet werden, umfasst eine Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen F1 , F2, F3. die auf einer Gesamtfläche angeordnet sind, ein im Wesentlichen plattenförmiges Substrat S mit einer als Lichteintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche und einer als Lichtaustrittsfläche zweiten aus gebildeten Großfläche, wobei sich das Substrat S in Betrachtungsrichtung vor der Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen F1 , F2, F3, ... befindet, eine Vielzahl von auf der zweiten Großfläche des Substrats S ausgebildeten Ab bildungselementen L1 , L2, L3, ..., wobei höchstens halb so viele Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... wie Flächen F1 , F2, F3, ... vorhanden sind und jedes Abbildungselement L1 , L2, L3, ... in Betrachtungsrichtung mindestens zwei Flächen F1 , F2, F3, ... überdeckt und je weils mindestens zwei Flächen F1 , F2, F3, ... zugeordnet ist, wobei die Beleuchtungseinrichtung zwischen mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 umgeschaltet werden kann, indem aufgrund einer Ansteuerung (z.B. mit tels elektromagnetischer Schaltmittel) für die Betriebsart B1 eine erste Teilmenge (nicht alle) der Flächen (F1 , F2, F3, ...) aktiviert wird und für die Betriebsart B2 eine davon disjunkte zweite Teilmenge der Flächen (F1 , F2, F3, ...) aktiviert wird, wobei optional die erste und die zweite Teilmenge eine unterschiedliche Anzahl von Elementen umfassen, d.h. die Anzahl aktivierter Flächen in der zweiten Aus wahl von der Anzahl aktivierter Flächen in der ersten Teilauswahl verschieden ist, wodurch Licht, welches aus den jeweils aktivierten Flächen F1 , F2, F3, ... durch die Lichteintrittsfläche in das Substrat S gelangt, nach Durchgang durch die zu geordneten Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... in den mindestens zwei Betriebs arten B1 und B2 jeweils zu unterschiedlichen Gewichtungsanteilen in unter schiedliche Ausbreitungswinkel abgebildet wird.
Die erste Teilmenge der Flächen F1 , F2, F3, ... für die Betriebsart B1 kann hier nur bedeuten, dass die zweite Teilmenge, d.h. die entsprechende Komplementärauswahl der verbleibenden Flächen dunkel bleibt. Keine der beiden Teilmengen ist leer. Sie können unterschiedliche An zahlen von Elementen enthalten.
Es ist hierbei auch möglich, dass verschiedene Flächen F1 , F2, F3, ... gleichzeitig in unter schiedliche Richtungen abgebildet werden.
Zur Vergegenwärtigung der Wirkungsweise können wiederum die Zeichnungen Fig.10 bis Fig.13 zu Rate gezogen werden, wobei jede Fläche F1 , F2, F3, ... hier in der Regel einer steuerbaren monochromatischen oder weißen Beleuchtungsquelle, etwa einer microLED, mi- niLED, QLED oder OLED entspricht. Es gelten dann sinngemäß die vorstehend zur erfin dungsgemäßen Anordnung zur Abbildung einer Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen F1 , F2, F3, ... gegebenen Erläuterungen.
Auch diese erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung kann erweitert werden zu einem Bild schirm, der in einem ersten Betriebsart B1 für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einem zweiten Betriebsart B2 für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann. Selbiger umfasst dazu eine transmissive Bildwiedergabeeinheit, eine der Bildwiedergabeeinheit von einem Betrachter aus gesehen nachge- ordnete Beleuchtungseinrichtung, wie vorstehend beschrieben.
Die Fig. 16 zeigt ein Beispiel (Prinzipskizze) für eine weitere Ausgestaltung eines optischen Elements 1 a in der Betriebsart B1 . Dabei liegt die Vorzugsrichtung senkrecht zu einer Kante des Substrats S, die aus Sicht eines Betrachters einer Schmalseite links oder rechts ent spricht, und das Substrat S ist entlang der Vorzugsrichtung in verschiedene Bereiche einge teilt. Dabei ist ferner für jeden Bereich eine eigene Referenzrichtung wählbar, wobei alle Re ferenzrichtungen paarweise verschieden sind und mit einer Toleranz von wenigen bis maximal 15 Grad in Richtung eines Betrachters 5 weisen. Dies bietet den Vorteil einer verbesserten Betriebsart B1 , bei welcher ein Betrachter 5 - bei Verwendung des optischen Elements mit einem Bildschirm 1 - einen homogeneren Eindruck beim Betrachten des Bildschirms 1 erhält. Gleiches gilt, wenn ein solches optisches Element 1 a mit einer flächigen Lichtquelle 2 in Kom bination mit einem transmissiven Bildgeber verwendet wird. Erfolgt die Umschaltung beispiels weise durch eine Änderung der Öffnungsweiten Wxxxa der Blenden A1 , A2, A3, so lassen sich die Blenden in der Betriebsart B1 im Vergleich zu Ausgestaltungen mit einer einheitlichen Referenzrichtung weiter schließen und erhöhen so nicht nur die Homogenität, sondern durch die damit einhergehende stärkere Einengung des Winkelbereichs auch den Schutz bzw. die Privatsphäre.
Die Fig.16 gibt hier ausschnittweise 3 Bereiche (links, Mitte, rechts) des optischen Elements wieder, was durch die gestrichelten Linien zur Unterbrechung angedeutet ist. Ferner wurden nur ausgewählte Blenden A1 -A4, A11 -A14 sowie A21 -A24 dargestellt, obwohl in der Realität eine Vielzahl solcher Blenden nötig ist. Gleiches gilt für die Darstellung der Abbildungselement L1 , ..., L11 , ... L21 , usw.
Aufgrund der verschiedenen Referenzrichtungen in den unterschiedlichen Bereichen sind hier die Positionen P1 a, P2a, P3a, ... in der Regel für jede Blende A1 , A2, A3, ... gegenüber den Positionen der ihnen jeweils entsprechend zugeordneten Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... bei Parallelprojektion in Richtung der Mittelsenkrechten des Substrates S leicht verschoben. Dies ist in Fig.16a zur Erläuterung der Positionen und Öffnungsweiten eines optischen Ele ments in der Ausgestaltung gemäß Fig.16 dargestellt. Die gestrichelten Linien sollen hier an deuten, wo in etwa die Flächenmitte der Linsen L1 , L2, ... bei Parallelprojektion in Richtung der Mittelsenkrechten des Substrates S angeordnet ist. Die Öffnungsweiten Wxxxa der Blen den A1 -A4 sind hier jeweils identisch und können beispielsweise in etwa einem Siebtel bis zu einem Viertel der Breite der Abbildungselemente L1 -L4 entsprechen, also beispielsweise we nige bis einige zehn Mikrometer. Die Positionen Pxxxa der Blenden A1 -A4 (und aller weiterer Blenden in der Realität) ist jedoch im Sinne der vorgenannten Bereiche gewählt, d.h. in Fig.16a ist gut zu erkennen, dass bei Parallelprojektion in Richtung der Mittelsenkrechten des Substrates S die Positionen P1 a, P2a, P3a, ... für jede Blende A1 , A2, A3, ... gegenüber den Positionen der ihnen jeweils entsprechend zugeordneten Abbildungselemente L1 , L2, L3, ... (deren Mitten durch die gestrichelten Linien indiziert sind), verschoben sind.
Dies lässt sich analog auch auf gekrümmte optische Elemente zum Einsatz in gekrümmten Bildschirmen übertragen, wobei der Krümmungsradius bei der Änderung der Öffnungsweiten und/oder Positionen vorzugsweise berücksichtigt wird, jedoch nicht zwingend berücksichtigt werden muss.
Die vorstehend beschriebene Erfindung löst die gestellte Aufgabe: Es wurde ein optisches Element beschrieben, welches die Transmission winkelabhängig (und optional senkrecht) be einflussen kann, und welches zwischen mindestens zwei Betriebsarten umschalten kann. Das optische Element ist preiswert umsetzbar und insbesondere mit verschiedenartigen Bild schirmtypen universell verwendbar, um eine Umschaltung zwischen einem Sichtschutz- und einem freien Betrachtungsmodus zu ermöglichen, wobei die Auflösung eines solchen Bild schirms im Wesentlichen nicht herabgesetzt wird. Die entsprechende Anordnung ermöglicht für ausgewählte Arten leuchtender Flächen ebenso die beiden Betrachtungsmodi. Gleiches gilt für die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung im Zusammenspiel mit einer transmis- siven Bildwiedergabeeinrichtung.
Die vorangehend beschriebene Erfindung kann im Zusammenspiel mit einer Bildwiedergabe einrichtung vorteilhaft überall da angewendet werden, wo vertrauliche Daten angezeigt und/o der eingegeben werden, wie etwa bei der PIN-Eingabe oder zur Datenanzeige an Geldauto maten oder Zahlungsterminals oder zur Passworteingabe oder beim Lesen von Emails auf mobilen Geräten. Die Erfindung kann auch in Fahrzeugen, beispielsweise im PKW, oder auch in Flugzeugen und Bussen, wo jedem Passagiersitz ein eigener Bildschirm zugeordnet ist, angewendet werden. Weitere Anwendungsfälle liegen im Gebiet der Beleuchtung und Wer bung, hierbei insbesondere zur Vermeidung von Licht-Smog. Bezuqszeichenliste
1 Bildwiedergabeeinheit 1a Optisches Element
2 Flächige Lichtquelle
5 Betrachter
6 Betrachter
6a, 6b Betrachter A1 , A2, A3, ... Blenden
B1 , B2, B3, B4 Betriebsmodi L1 , L2, L3, .... Abbildungselemente
F1 , F2, F3, ... beleuchtete oder selbst leuchtende Flächen
S Substrat W1a, W1b, W2a, W2b, ... Öffnungsweiten der Blenden A1 , A2, ...
P1a, P1b, P2a, P2b, ... Positionen der Blenden A1 , A2, ...

Claims

Patentansprüche 1 Optisches Element (1 a), umfassend ein platten- oder schalenförmiges Substrat (S) mit einer als Lichteintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche und einer als Lichtaustrittsfläche zweiten aus gebildeten Großfläche, eine Vielzahl von auf der zweiten Großfläche des Substrats (S) ausgebildeten Abbildungselementen (L1 , L2, L3, ...), eine Vielzahl von auf oder nahe der ersten Großfläche des Substrats (S) ausge bildeten Blenden (A1 , A2, A3, ...), wobei die Anzahl der Blenden (A1 , A2, A3, ...) nicht kleiner als die der Abbildungselemente (L1 , L2, L3, ...) ist und wobei jede Blende (A1 , A2, A3, ...) mindestens einen transparenten Bereich innerhalb eines opaken Bereiches umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (1 a) mittels einer Ansteue rung mit einem oder mehreren elektromagnetischen Feldern zwischen mindes tens einer ersten Betriebsart B1 und einer zweiten Betriebsart B2 umgeschaltet werden kann, indem durch die Ansteuerung für mindestens einen Teil der Abbil dungselemente (L1 , L2, L3, ...) ihre Brennweite zwischen Werten f1 und f2 ge ändert wird, und/oder durch die Ansteuerung für mindestens einen Teil der Blen den (A1 , A2, A3, ...) ihre Öffnungsweite zwischen Werten W1 a und W1 b, W2a und W2b, W3a und W3b, .... und/oder ihre Position zwischen zwei Werten P1 a und P1 b, P2a und P2b, P3a und P3b, ... in einer Ebene parallel zur ersten Groß fläche geändert wird, wobei mindestens in der ersten Betriebsart B1 jedem Abbildungselement (L1 , L2, L3, ...) genau eine Blende (A1 , A2, A3, ...) zugeordnet ist, so dass durch eine solche Blende (A1 , A2, A3, ...) hindurchdringendes Licht von dem entsprechend zugeordneten Abbildungselement (L1 , L2, L3, ...) abgebildet wird, wodurch Licht, welches durch die Blenden (A1 , A2, A3, ...) und hernach durch die Lichteintrittsfläche des Substrates (S) in das optische Element gelangt, nach Durchgang durch die zugeordneten Abbildungselemente (L1 , L2, L3, ...) in den mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 jeweils unterschiedliche Ausbreitungs winkel, gemessen in einer oder zwei Vorzugsrichtungen, aufweisen.
2 Optisches Element (1 a) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Betriebsart B2 die winkelabhängige Transmission bei mehr als 50% und in der ersten Betriebsart B1 bei weniger als 50% liegt in einem Winkelbereich von mehr als 30° be zogen auf eine wählbare Referenzrichtung und gemessen in eine Vorzugsrichtung.
3. Optisches Element (1 a) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz richtung die Flächennormale der zweiten Großfläche des Substrats (S) ist und/oder dass die Vorzugsrichtung senkrecht zu einer Kante des Substrats S liegt, bevorzugt senkrecht zu einer Kante, die aus Sicht eines Betrachters einer Schmalseite links oder rechts entspricht.
4. Optisches Element (1a) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorzugs richtung senkrecht zu einer Kante des Substrats S liegt, die aus Sicht eines Betrachters einer Schmalseite links oder rechts entspricht, und dass das Substrat S entlang der
Vorzugsrichtung in verschiedene Bereiche eingeteilt ist, und für jeden Bereich eine ei gene Referenzrichtung wählbar ist, wobei alle Referenzrichtungen paarweise verschie den sind und in Richtung eines Betrachters (5) weisen.
5. Optisches Element (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (1 a) mittels der Ansteuerung mit einem oder mehreren elekt romagnetischen Felder zu weiteren Betriebsarten B3, ... umgeschaltet werden kann, in denen für mindestens einen Teil der Abbildungselemente (L1 , L2, L3, ...) ihre Brenn weite auf weitere Werte f3, ... geändert wird, und/oder für mindestens einen Teil der Blenden (A1 , A2, A3, ...) ihre Öffnungsweite auf weitere Werte W1c, W2c, W3c, ... und/oder auf weitere Positionen P1c, P2c, P3c, ... geändert wird.
6. Optisches Element (1a) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem das Substrat S entlang der Vorzugsrichtung in verschiedene Bereiche mit jeweils eigener Referenzrich- tung eingeteilt ist und mittels der Ansteuerung mindestens die Positionen (P1 a, P2a,
P3a, ...) der Blenden (A1 , A2, A3, ...) änderbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzrichtungen und die Positionen (P1a, P2a, P3a, ...) der Blenden (A1 , A2, A3, ...) in Abhängigkeit von einer Position eines Betrachters (5) wählbar und variierbar sind.
7. Optisches Element (1a) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Abbildungselemente (L1 , L2, L3, ...) Mikrolinsen oder Lentikuläre sind.
8. Optisches Element (1a) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Blenden (A1 , A2, A3, ...) streifen-, kreis-, ellipsen-, oder rechteckför mig ausgebildet sind.
9. Optisches Element (1 a) nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Blenden (A1 , A2, A3, ...) schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie als mikrofluidische Kanäle, welche durch das Schalten mit einer opaken und/oder reflektiven Flüssigkeit befüllt oder geleert werden, oder als elektrochrome Schichten oder elektrophoretische Flüssigkeiten und/oder elektrobenetzende Flüssigkeiten ausgebildet sind.
10. Optisches Element (1a) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Abbildungselemente (L1 , L2, L3, ...) als schaltbare Abbildungsele mente ausgebildet sind.
11. Optisches Element (1a) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass alle einschaltbaren Betriebsarten B1 , B2, etc. für eine zeitlich-sequenzi elle Lichtrichtungsbeeinflussung zyklisch getaktet werden.
12. Bildschirm, der in einem ersten Betriebsart B1 für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einem zweiten Betriebsart B2 für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend ein optisches Element (1 a) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , und eine dem optischen Element (1 a) von einem Betrachter (5) aus gesehen nachgeordnete Bildwiedergabeeinheit (1).
13. Bildschirm, der in einem ersten Betriebsart B1 für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einem zweiten Betriebsart B2 für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend eine transmissive Bildwiedergabeeinheit (1 ), ein der Bildwiedergabeeinheit (1) von einem Betrachter (5) aus gesehen nachgeordnetes optisches Element (1 a) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , und eine flächige Lichtquelle (2), die hinter dem optischen Element (1a) angeord net ist.
14. Bildschirm nach Anspruch 12 oder 13, umfassend außerdem ein Augen-Tracking-Sys- tem.
15. Anordnung (8) zur Abbildung einer Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flä chen (F1 , F2, F3, ...), die auf einer Gesamtfläche angeordnet sind, umfassend - ein im Wesentlichen platten- oder schalenförmiges Substrat (S) mit einer als
Lichteintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche und einer als Lichtaustritts fläche ausgebildeten zweiten Großfläche, wobei sich das Substrat in Betrach tungsrichtung vor der Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen (F1 , F2, F3, ...) befindet, eine Vielzahl von auf der zweiten Großfläche des Substrats (S) ausgebildeten Abbildungselementen (L1 , L2, L3, ...), wobei höchstens halb so viele Abbildungselemente (L1 , L2, L3, ...) wie Flächen (F1 , F2, F3, ...) vorhanden sind und jedes Abbildungselement (L1 , L2, L3, ...) in Betrachtungsrichtung mindestens zwei Flächen (F1 , F2, F3, ...) überdeckt und jeweils mindestens zwei Flächen (F1 , F2, F3) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (8) zwischen mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 umge schaltet werden kann, indem aufgrund einer Ansteuerung für die Betriebsart B1 eine erste Teilmenge der Flächen (F1 , F2, F3, ...) aktiviert wird und für die Be triebsart B2 eine davon disjunkte zweite Teilmenge der Flächen (F1 , F2, F3, ...) aktiviert wird, wodurch Licht, welches aus den jeweils aktivierten Flächen (F1 , F2, F3, ...) durch die Lichteintrittsfläche in das Substrat (S) gelangt, nach Durchgang durch die zu geordneten Abbildungselemente (L1 , L2, L3, ...) in den mindestens zwei Be triebsarten B1 und B2 jeweils zu unterschiedlichen Gewichtungsanteilen in un terschiedliche Ausbreitungswinkel abgebildet wird.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (F1 , F2, F3, ...) jeweils microLEDs, miniLEDs, QLEDS oder OLEDs entsprechen.
17. Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Teilmenge eine unterschiedliche Anzahl von Elementen umfassen.
18. Beleuchtungseinrichtung, die zwischen mindestens zwei Betriebsarten B1 und B2 um geschaltet werden kann, umfassend eine Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen (F1 , F2, F3, ...), die auf einer Gesamtfläche angeordnet sind, ein im Wesentlichen platten- oder schalenförmiges Substrat (S) mit einer als Lichteintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche und einer als Lichtaustritts fläche zweiten ausgebildeten Großfläche, wobei sich das Substrat in Betrach tungsrichtung vor der Vielzahl beleuchteter oder selbst leuchtender Flächen (F1 , F2, F3, ...) befindet, eine Vielzahl von auf der zweiten Großfläche des Substrats (S) ausgebildeten Abbildungselementen (L1 , L2, L3, ...), wobei höchstens halb so viele Abbildungselemente (L1 , L2, L3, ...) wie Flächen (F1 , F2, F3, ...) vorhanden sind und jedes Abbildungselement (L1 , L2, L3, ...) in Betrachtungsrichtung mindestens zwei Flächen (F1 , F2, F3, ...) überdeckt und jeweils mindestens zwei Flächen (F1 , F2, F3) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung zwischen mindes tens zwei Betriebsarten B1 und B2 umgeschaltet werden kann, indem aufgrund einer Ansteuerung für die Betriebsart B1 eine erste Teilmenge der Flächen (F1 , F2, F3, ...) aktiviert wird und für die Betriebsart B2 eine davon disjunkte zweite Teilmenge der Flächen (F1 , F2, F3, ...) aktiviert wird, wodurch Licht, welches aus den jeweils aktivierten Flächen (F1 , F2, F3, ...) durch die Lichteintrittsfläche in das Substrat (S) gelangt, nach Durchgang durch die zu geordneten Abbildungselemente (L1 , L2, L3, ...) in den mindestens zwei Be triebsarten B1 und B2 jeweils zu unterschiedlichen Gewichtungsanteilen in un- terschiedliche Ausbreitungswinkel abgebildet wird.
19. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Teilmenge eine unterschiedliche Anzahl von Elementen umfassen.
20. Bildschirm, der in einer ersten Betriebsart B1 für einen eingeschränkten Sichtmodus und in einer zweiten Betriebsart B2 für einen freien Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend eine transmissive Bildwiedergabeeinheit, eine der Bildwiedergabeeinheit von einem Betrachter aus gesehen nachge- ordnete Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 18 oder 19.
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