DE102016005626A1 - Switchable lighting device and its use - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (1), die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (2), die in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegenes, plattenförmiges und transparentes optisches Element (3), und Leuchtmittel (4), die seitlich an Schmalseiten des optischen Elements (3) angeordnet sind, wobei das optische Element (3) als Lichtleiter ausgebildet ist, welcher aus einem thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff besteht, in dem besagten Lichtleiter homogen verteilte vorhanden sind, die besagten Streupartikel aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150–500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes (3) von 0.01–300 Gew.-ppm eingesetzt werden, der besagte Lichtleiter keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen aufweist und für das von der Hintergrundbeleuchtung (2) ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist, wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung (2) ein- und die Leuchtmittel (4) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel (4) eingeschaltet sind.The invention relates to a lighting device (1) which can be operated in at least two operating modes B1 for a free viewing mode and B2 for a restricted viewing mode, comprising a planar-like backlight (2), which in the operating mode B2 for a limited viewing mode light in a At least one in the viewing direction in front of the backlight (2) located, plate-shaped and transparent optical element (3), and lighting means (4), which are arranged laterally on narrow sides of the optical element (3), wherein the optical element (3 ) is formed as a light guide, which consists of a thermoplastic or thermoelastic plastic in which said light guide homogeneously distributed are present, the said scattering particles of titanium dioxide, barium sulfate, silsesquioxane particles and / or crosslinked polystyrene particles having a mean particle size of 150- 500 nm, which are used in a concentration based on the weight of the optical element (3) of 0.01-300 ppm by weight, said light guide has no printing and no light-scattering impurities and for the outgoing of the backlight (2) light is at least 85% transparent, wherein in the operating mode B2, the backlight (2) on and the lighting means (4) are turned off, and wherein in the operating mode B1 at least the lighting means (4) are turned on.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

In den letzten Jahren wurden große Fortschritte zur Verbreiterung des Sehwinkels bei LCDs erzielt. Allerdings gibt es oft Situationen, in denen dieser sehr große Sehbereich eines Bildschirms von Nachteil sein kann. Zunehmend werden auch Informationen auf mobilen Geräten wie Notebooks und Tablet-PCs verfügbar, wie Bankdaten oder andere, persönliche Angaben, und sensible Daten. Dem entsprechend brauchen die Menschen eine Kontrolle darüber, wer diese sensiblen Daten sehen darf; sie müssen wählen können zwischen einem weiten Betrachtungswinkel, um Informationen auf ihrem Display mit anderen zu teilen, z. B. beim Betrachten von Urlaubsfotos oder auch für Werbezwecke. Andererseits benötigen sie einen kleinen Betrachtungswinkel, wenn sie die Bildinformationen vertraulich behandeln wollen.In recent years, great progress has been made in broadening the viewing angle of LCDs. However, there are often situations in which this very large viewing area of a screen can be disadvantageous. Increasingly, information is also becoming available on mobile devices such as notebooks and tablet PCs, such as bank details or other personal information, and sensitive data. Accordingly, people need control over who can see this sensitive data; you have to be able to choose between a wide viewing angle to share information on your display with others, eg. B. when viewing holiday photos or for promotional purposes. On the other hand, they need a small viewing angle if they want to treat the image information confidentially.

Stand der TechnikState of the art

Zusatzfolien, die auf Mikro-Lamellen basieren, wurden bereits für mobile Displays eingesetzt, um deren optischen Datenschutz zu erreichen. Allerdings waren diese Folien nicht (um)schaltbar, sie mussten immer erst per Hand aufgelegt und danach wieder entfernt werden. Auch muss man sie separat zum Display transportieren, wenn man sie nicht gerade braucht. Ein wesentlicher Nachteil des Einsatzes solcher Lamellen-Folien ist ferner mit den einhergehenden Lichtverlusten verbunden.Supplementary films based on micro-blades have already been used for mobile displays to achieve their optical data protection. However, these slides were not (re) switchable, they always had to be placed by hand and then removed again. Also you have to transport them separately to the display, if you do not need them right now. A major disadvantage of the use of such lamellar films is also associated with the accompanying loss of light.

Die US 6,765,550 beschreibt einen solchen Sichtschutz durch Mikro-Lamellen. Größter Nachteil ist hier die mechanische Entfernung bzw. der mechanische Anbau des Filters sowie der Lichtverlust im geschützten Modus.The US 6,765,550 describes such a screen by micro-blades. The biggest disadvantage here is the mechanical removal or mechanical attachment of the filter as well as the loss of light in the protected mode.

In der US 5,993,940 wird der Einsatz einer Folie beschrieben, die auf ihrer Oberfläche gleichmäßig angeordnete, kleine Prismenstreifen hat, um einen Privacy-Modus zu erzielen. Entwicklung und Herstellung sind recht aufwändig.In the US 5,993,940 the use of a film is described, which has evenly arranged on its surface, small prism strips to achieve a privacy mode. Development and production are quite expensive.

In der WO 2012/033583 wird die Umschaltung zwischen freier und eingeschränkter Sicht vermittels der Ansteuerung von Flüssigkristellen zwischen sogenannten „chromonischen” Schichten erzeugt. Hierbei entsteht ein Lichtverlust und der Aufwand ist recht hoch.In the WO 2012/033583 the switching between free and limited vision is generated by means of the control of liquid crystals between so-called "chromonic" layers. This creates a loss of light and the effort is quite high.

Die Schrift US 2009/0067156 offenbart eine Vielzahl an Ideen, um ein Beleuchtungssystem und Bildschirmgerät auszugestalten. Die dort in den 3A und 3B abgebildete Variante verwendet insbesondere zwei Hintergrundbeleuchtungen, sogenannte Backlights, bestehend aus keilförmigen Lichtleitern, und ein LCD-Panel, wobei das hintere Backlight 40 zwingend einen weiten Beleuchtungswinkel und das vordere Backlight 38 zwingend einen schmalen Beleuchtungswinkel erzeugen soll. Unklar bleibt hierbei jedoch die Funktionsweise, wie das Backlight 38 einen schmalen Beleuchtungswinkel erzeugen soll, ohne dass das Licht mit einem weiten Beleuchtungswinkel, welches vom Backlight 40 herrührt, beim Durchgang durch das Backlight 38 wesentlich in Licht mit einem schmalen Beleuchtungswinkel umgewandelt wird.The font US 2009/0067156 discloses a variety of ideas for designing a lighting system and display device. The there in the 3A and 3B shown variant uses in particular two backlights, so-called backlights, consisting of wedge-shaped light guides, and an LCD panel, the rear backlight 40 Mandatory a wide angle of illumination and the front backlight 38 imperative to produce a narrow illumination angle. However, the functionality remains unclear, as the backlight 38 To create a narrow illumination angle without the light with a wide illumination angle, which from the backlight 40 when passing through the backlight 38 is essentially converted into light with a narrow illumination angle.

Zur Ausgestaltung nach 5 der US 2009/0067156 ist zu bemerken, dass beide Lichtleiter 46 und 48 jeweils „narrow light”, also Licht mit einem schmalen Beleuchtungswinkel, produzieren. Das Licht des Lichtleiters 48 wird erst durch einen aufwändig mit Prismenstrukturen zu erstellenden Teilspiegel 50 in „wide light”, also Licht mit einem weiten Beleuchtungswinkel, umgewandelt. Diese Umwandlung beschneidet die Lichtintensität extrem, da das zunächst in einen schmalen Beleuchtungswinkel abgestrahlte Licht, welches als einziges Licht zur Verfügung steht, dann in einen großen Beleuchtungswinkel, i. d. R. den Halbraum, aufgefächert wird. Dies hat zur Folge, dass je nach Parametern die Helligkeit um einen Faktor 5 oder mehr verringert wird (bezogen auf die Leuchtdichte). Es handelt sich also um eine praktisch wenig relevante Ausgestaltung.To the design after 5 of the US 2009/0067156 It should be noted that both light guides 46 and 48 each produce "narrow light", ie light with a narrow illumination angle. The light of the light guide 48 becomes only through a complex to be created with prismatic submirror 50 in "wide light", ie light with a wide illumination angle, converted. This conversion extremely curtails the light intensity, since the light, which is initially emitted into a narrow illumination angle and is available as the only light, is then fanned out into a large illumination angle, generally the half space. As a result, depending on the parameters, the brightness is reduced by a factor of 5 or more (in terms of luminance). It is therefore a less relevant design.

In der Ausgestaltung nach 7 der US 2009/0067156 ist zwingend eine Phosphorschicht notwendig, diese soll UV-Licht in sichtbares Licht umwandeln. Dieser Aufwand ist groß und bei dem Wunsch nach hinreichend Licht aus dem Backlight, um ein LCD-Panel lesbar zu beleuchten, werden sehr große Intensitäten an UV-Licht benötigt. Mithin ist dies teuer, aufwändig und schon von der Abschirmung der benötigten UV-Strahlung her nicht praktikabel.In the embodiment according to 7 of the US 2009/0067156 A phosphor layer is absolutely necessary, this is to convert UV light into visible light. This effort is great and in the desire for sufficient light from the backlight to illuminate a LCD panel readable, very large intensities of UV light are needed. Thus, this is expensive, expensive and even from the shielding of the required UV radiation ago not practicable.

Die US 2012/0235891 beschreibt ein sehr aufwändiges Backlight in einem Bildschirm. Dort kommen gemäß 1 und 15 nicht nur mehrere Lichtleiter zum Einsatz, sondern auch weitere komplexe optische Elemente wie etwa Mikrolinsenelemente 40 und Prismenstrukturen 50, die das Licht von der hinteren Beleuchtung auf dem Weg zur vorderen Beleuchtung umformen. Dies ist teuer und aufwändig umzusetzen und ebenso mit Lichtverlust verbunden. Gemäß der Variante nach 17 in der US 2012/0235891 produzieren beide Lichtquellen 4R und 18 Licht mit einem schmalen Beleuchtungswinkel, wobei das Licht von der hinteren Lichtquelle 18 erst aufwändig in Licht mit einem großen Beleuchtungswinkel, umgewandelt wird. Diese komplexe Umwandlung ist – wie weiter oben schon bemerkt – stark helligkeitsmindernd.The US 2012/0235891 describes a very elaborate backlight in a screen. There according to 1 and 15 not only multiple optical fibers are used, but also other complex optical elements such as microlens elements 40 and prismatic structures 50 which transform the light from the rear lighting on the way to the front lighting. This is expensive and expensive to implement and also associated with loss of light. According to the variant 17 in the US 2012/0235891 produce both light sources 4R and 18 Light with a narrow illumination angle, with the light from the rear light source 18 only consuming in light with a large illumination angle, is converted. This complex transformation is - as already noted above - greatly brightness-reducing.

Gemäß der JP 2007-155783 werden spezielle, aufwändig zu berechnende und herzustellende optische Oberflächen 19 genutzt, die dann Licht je nach Lichteinfallswinkel in verschiedene schmale oder breite Bereiche ablenken. Diese Strukturen ähneln Fresnel-Linsen. Ferner sind Störflanken vorhanden, die Licht in unerwünschte Richtungen ablenken. Somit bleibt unklar, ob wirklich sinnvolle Lichtverteilungen erreicht werden können. According to the JP 2007-155783 become special optical surfaces that are difficult to calculate and produce 19 used, which then divert light depending on the angle of light in different narrow or wide areas. These structures are similar to Fresnel lenses. There are also interfering edges which deflect light in undesired directions. Thus, it remains unclear whether really meaningful light distributions can be achieved.

Den vorgenannten Verfahren und Anordnungen ist in der Regel der Nachteil gemein, dass sie die Helligkeit des Grundbildschirms deutlich reduzieren und/oder ein aktives optisches Element zur Modi-Umschaltung benötigen und/oder eine aufwändige sowie teure Herstellung erfordern und/oder die Auflösung im frei betrachtbaren Modus reduzieren.The abovementioned methods and arrangements generally have the disadvantage that they significantly reduce the brightness of the basic screen and / or require an active optical element for mode switching and / or require costly and expensive manufacture and / or resolution in freely viewable Reduce the mode.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine schaltbare Beleuchtungseinrichtung zu beschreiben, die mindestens zwei Beleuchtungsmodi ermöglicht, wobei der eine Modus nur einen eingeschränkten Raumwinkel beleuchtet und der andere Modus die Beleuchtung in einen möglichst großen Raumwinkel gestattet. Somit soll bei Verwendung der Beleuchtungseinrichtung mit einem Bildschirm eine sichere Darstellung von Informationen durch einen wahlweise eingeschränkten Betrachtungswinkel realisiert werden, wobei in einem zweiten Modus eine freie, möglichst im Betrachtungswinkel uneingeschränkte Sicht möglich sein soll. Die Beleuchtungseinrichtung soll mit einfachen Mitteln preisgünstig umsetzbar sein. In beiden Betriebsmodi soll eine möglichst hohe Auflösung, besonders bevorzugt die native Auflösung des verwendeten Bildschirms, sichtbar sein. Ferner soll nur ein möglichst geringer Lichtverlust durch die Lösung eingeführt werden.It is therefore an object of the invention to describe a switchable illumination device that allows at least two illumination modes, one of which mode only illuminates a limited solid angle and the other mode allows illumination in the largest possible solid angle. Thus, when using the illumination device with a screen, a secure display of information is to be realized by an optionally restricted viewing angle, wherein in a second mode a free, as far as possible unobstructed viewing angle should be possible. The lighting device should be inexpensive to implement with simple means. In both operating modes, the highest possible resolution, particularly preferably the native resolution of the screen used, should be visible. Furthermore, only the least possible loss of light should be introduced through the solution.

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst von einer Beleuchtungseinrichtung, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend

  • – eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung, die in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht in mindestens einer Richtung, die in einem Winkel größer als 45 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung gelegen ist, mit höchstens 6% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt wird,
  • – mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung gelegenes, plattenförmiges und transparentes optisches Element, und
  • – Leuchtmittel, die seitlich an Schmalseiten des optischen Elements angeordnet sind,
  • – wobei – das optische Element als Lichtleiter ausgebildet ist, welcher aus einem thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff besteht, – in dem besagten Lichtleiter homogen verteilte Streupartikel (welche als Lichtstreumittel wirken) vorhanden sind, – die besagten Streupartikel aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150–500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes von 0.01–300 Gew.-ppm eingesetzt werden, – der besagte Lichtleiter keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen aufweist und für das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist, – so dass das aus den Leuchtmitteln (wenn diese eingeschaltet sind) seitlich in das optische Element einfallende Licht für einen freien Sichtbereich in der Betriebsart B1 in Richtungen, die in Winkeln zwischen 45 Grad und 75 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung gelegen sind, mit mindestens 12% der maximalen Lichtstärke des aus dem Lichtleiter senkrecht zur Oberfläche austretenden Lichtes abgestrahlt wird, – und so dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht, (bevorzugt weist mindestens die Hälfte der Oberfläche des Lichtleiters derartige Punkte auf)
  • – wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung ein- und die Leuchtmittel ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel eingeschaltet sind.
The object of the invention is achieved by a lighting device that can be operated in at least two operating modes B1 for a free viewing mode and B2 for a limited viewing mode, comprising
  • An areal-extended backlight which, in the restricted viewing mode B2, emits light within a restricted angular range, with the light emanating from the backlight in at least one direction at an angle greater than 45 degrees to the surface normal of the backlight no more than 6% of the maximum intensity is emitted
  • At least one plate-shaped and transparent optical element located in the viewing direction in front of the backlight, and
  • Illuminants, which are arranged laterally on narrow sides of the optical element,
  • - wherein - the optical element is formed as a light guide, which consists of a thermoplastic or thermoelastic plastic, - in said light guide homogeneously distributed scattering particles (which act as a light scattering agent) are present, - said scattering particles of titanium dioxide, barium sulfate, silsesquioxanen particles and / or crosslinked polystyrene particles having a mean particle size of 150-500 nm, which are used in a concentration based on the weight of the optical element of 0.01-300 ppm by weight, - said light guide has no printing and no light-scattering impurities and is at least 85% transparent to the light emanating from the backlight, so that the light from the bulbs (when switched on) is incident laterally into the optical element for a clear field of view in mode B1 in directions which are at angles between 45 Degrees and 75 degrees z ur surface normal of the backlight are located, is radiated with at least 12% of the maximum light intensity of the light emerging from the optical fiber perpendicular to the surface light, and so that the emerging from the light guide at least at one point of its surface light, which originates from the bulbs, if These are turned on, in at least one angle α to the surface of the light guide, with α <80 degrees, a higher light intensity than the light emerging at the said point of the surface of the light guide perpendicular to the surface of the light guide, (preferably, at least half of Surface of the light guide such points on)
  • - In the operating mode B2, the backlight is switched on and the lighting means are switched off, and wherein in the operating mode B1 at least the lighting means are switched on.

Für die Betriebsart B1 ist es unbedingt erforderlich, dass die Leuchtmittel eingeschaltet sind, während die Hintergrundbeleuchtung ein- oder ausgeschaltet sein kann. Ist die Hintergrundbeleuchtung dabei ausgeschaltet, sorgt nur das Licht aus den Leuchtmitteln für die im Winkel nicht eingeschränkte Beleuchtung. Sind hingegen für die Betriebsart B1 sowohl die Leuchtmittel als auch die Hintergrundbeleuchtung eingeschaltet, kann eine größere Helligkeit erzielt werden. Dabei ist es dann besonders vorteilhaft, dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht. Diese technische Umsetzung bedeutet nämlich, dass sich das Licht, welches aus den Leuchtmitteln herrührt und seine stärkste(n) Helligkeit(en) nicht in etwa entlang der Mittelsenkrechten der Beleuchtungseinrichtung aufweist mit dem Licht, das von der Hintergrundbeleuchtung herrührt und seine stärkste Helligkeit in etwa entlang der Mittelsenkrechten der Beleuchtungseinrichtung aufweist, sehr gut ergänzt, um über mindestens einen Halbwinkel hinweg (z. B. das Winkelspektrum der Horizontalen vor der Beleuchtungseinrichtung) eine homogenere und hellere Ausleuchtung zu erreichen, als wenn nur die besagten Leuchtmittel für die Betriebsart B1 eingeschaltet wären.For operating mode B1, it is essential that the lamps are switched on while the backlight can be switched on or off. If the backlight is switched off, only the light from the bulbs ensures that the illumination is not restricted at an angle. If, on the other hand, both the light source and the backlight are switched on for operating mode B1, greater brightness can be achieved. It is then particularly advantageous that the emerging from the light guide at least at one point of its surface light, which originates from the bulbs when they are turned on, in at least one angle α to the surface of the light guide, with α <80 degrees, a higher Luminous intensity than that at the said point of the surface of the light guide perpendicular to Surface of the light guide emerging light. Namely, this technical realization means that the light which originates from the light sources and does not have its strongest brightness (s) approximately along the mid-perpendicular of the illumination device with the light which originates from the backlight and its strongest brightness approximately along the mid-perpendicular of the illumination device, very well complemented, over at least one half-angle away (eg., The angle spectrum of the horizontal before the illumination device) to achieve a more homogeneous and brighter illumination than if only the said bulbs for the operating mode B1 would be turned on ,

Als Streupartikel für das optische Element werden bevorzugt Titandioxid-Partikel in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes von 0.1–50 Gew.-ppm, bevorzugt 0.1–10 Gew.-ppm., eingesetzt, und/oder die Titandioxidpartikel weisen eine mittlere Partikelgröße von 160 bis 450 nm und besonders bevorzugt von 170 bis 400 nm auf.As scattering particles for the optical element are preferably titanium dioxide particles in a concentration based on the weight of the optical element of 0.1-50 ppm by weight, preferably 0.1-10 ppm by weight, used, and / or the titanium dioxide particles have an average Particle size of 160 to 450 nm and more preferably from 170 to 400 nm.

Ferner gilt, dass das optische Element einen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, bevorzugt kleiner als 2%, gemessen gemäß ASTM D1003.Furthermore, the optical element has a Haze value of less than 7%, preferably less than 2%, measured according to ASTM D1003.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das optische Element mindestens 40 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bevorzugt mindestens 60 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bezogen auf sein Gewicht, umfasst.It is furthermore advantageous if the optical element comprises at least 40 percent by weight of polymethyl methacrylate, preferably at least 60 percent by weight of polymethyl methacrylate, based on its weight.

Eine weitere sinnvolle Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung sieht vor, dass für die Betriebsart B2 das von der Hintergrundbeleuchtung herrührende und aus dem optischen Element an jedem Punkt seiner Oberfläche (in Betrachtungsrichtung) austretende Licht in Winkeln β > 30 Grad, gemessen senkrecht zur Oberfläche des optischen Elements und in horizontaler Orientierung zur Oberfläche des optischen Elements, maximal 5% von der Lichtstärke aufweist, die das Licht aufweist, welches von einem solchen Punkt der Oberfläche des optischen Elements senkrecht zu seiner Oberfläche austritt.Another useful embodiment of the illumination device provides that for the operating mode B2, the light originating from the backlight and emerging from the optical element at each point of its surface (in the viewing direction) at angles β> 30 degrees, measured perpendicular to the surface of the optical element and in horizontal orientation to the surface of the optical element, at most 5% of the luminous intensity having the light emerging from such a point of the surface of the optical element perpendicular to its surface.

Besonders bevorzugt enthält die Hintergrundbeleuchtung dazu mindestens eine optische Schicht zur Kollimation von Licht, um eine winkeleingeschränkte Abstrahlcharakteristik des von ihr ausgestrahlten Lichtes zu erzielen. Bei der Hintergrundbeleuchtung handelt es sich vorzugsweise um ein Backlight, beispielsweise ein Side-light, Edgelight, Direct LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder einen anderen Flächenstrahler, auf welches ein permanenter Sichtschutzfilter, auch als Privacyfilter (z. B. VikuitiTM von 3MTM oder LCF von Shin EtsuTM) bezeichnet, aufgebracht ist, welcher als Lichtkollimator bzw. räumlicher Lichtfilter wirkt, nach dessen Durchgang das Licht von der Hintergrundbeleuchtung im Wesentlichen nur noch in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird. Zusätzlich den der/den Schicht(en) zur Kollimation können noch im Winkel vom 90 Grad gekreuzte Komponenten vom Typ „Optical Lighting Film” (OLF) Typ 2301 von 3MTM vorhanden sein, um eine Vor-Kollimation zu erzielen und dabei das Licht zu bündeln.Particularly preferably, the backlight for this purpose contains at least one optical layer for collimating light in order to achieve an angle-limited radiation characteristic of the light emitted by it. The backlight is preferably a backlight, for example a side-light, edgelight, direct LED backlight, edge LED backlight, OLED or another surface radiator onto which a permanent privacy filter, also as a privacy filter (eg Vikuiti from 3M or LCF from Shin Etsu TM ) is applied, which acts as a light collimator or spatial light filter, after the passage of which the light from the backlight is radiated substantially only in a limited angular range. In addition to the collimating layer (s), 3M type "Optical Lighting Film" (OLF) Type 2301 crossed components may still be present to achieve pre-collimation while transmitting the light bundle up.

Weiterhin ist es möglich, dass die nächste optische Komponente unterhalb des optischen Elements mindestens eine teilweise reflektierende Oberfläche für in der Betriebsart B1 aus dem optischen Element nach unten austretendes Licht aufweist und dadurch derartig nach unten abgestrahltes Licht wenigstens teilweise wieder auf das optische Element zurückreflektiert wird und zumindest teilweise durch dieses hindurch tritt. Da das als Lichtleiter umgesetzte optische Element Licht von beiden Großflächen, also nach oben und nach unten abstrahlt (die Richtung nach unten weist in Richtung der Hintergrundbeleuchtung), wird auf diese Weise eine Art Lichtrecycling ermöglicht. Hier kann es ausreichen, dass die besagte nächste optische Komponente, oftmals also die optische Schicht zur Kollimation (z. B. Privacyfilter), nicht entspiegelt ist oder aber eine Teilverspiegelung aufweist, die für von unten, d. h. von der Hintergrundbeleuchtung, kommendes Licht so transparent wie möglich ist.Furthermore, it is possible for the next optical component below the optical element to have at least one partially reflecting surface for light exiting downwardly from the optical element in operating mode B1, and thus light emitted downwards to be at least partially reflected back onto the optical element, and at least partially passes through it. Since the optical element implemented as a light guide emits light from both large areas, that is to say upwards and downwards (the direction pointing downwards in the direction of the backlighting), a kind of light recycling is made possible in this way. Here it may suffice that the said next optical component, often the optical layer for collimation (eg privacy filter), is not antireflection-coated or has a partial mirroring which is suitable for from below, i. H. from the backlight, incoming light is as transparent as possible.

Grundsätzlich bleibt die Leistungsfähigkeit der Erfindung erhalten, wenn die vorbeschriebenen Parameter in bestimmten Grenzen variiert werden. So kann etwa die Hintergrundbeleuchtung Licht mit einer solchen Abstrahlcharakteristik abstrahlen, dass in Richtungen, die in Winkeln größer als 10...45 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung gelegen sind, höchstens 0...20% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt werden.Basically, the performance of the invention is maintained when the parameters described above are varied within certain limits. For example, the backlight emits light with such a radiation characteristic that in directions which are located at angles greater than 10 ... 45 degrees to the surface normal of the backlight, at most 0 ... 20% of the maximum light intensity are emitted.

Ungeachtet dessen kann ferner das in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung gelegene optische Element, welches für das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht zu mindestens 85% – oder auch zu weniger als 85%, etwa 70% oder sogar nur 50% – transparent ist, das aus Leuchtmitteln seitlich einfallende Licht in einen möglichst großen Winkelbereich ablenken, so dass in Richtungen, die in Winkeln größer als 10...100 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung gelegen sind, mindestens 10...70% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt werden.Nevertheless, the optical element located in the viewing direction from the backlight, which is at least 85% - or even less than 85%, approximately 70% or even only 50% - of the light emanating from the backlight, can also be made of light sources deflecting incident light into the largest possible angular range, so that in directions that are located at angles greater than 10 ... 100 degrees to the surface normal of the backlight, at least 10 ... 70% of the maximum light intensity are emitted.

Bei den Leuchtmitteln handelt es sich z. B. um LEDs oder Laserdioden. Außerdem ist es sinnvoll, wenn die Lichteinkopplung aus den seitlich angeordneten Leuchtmitteln in das optische Element von mindestens zwei Seiten, bevorzugt von gegenüberliegenden Seiten, erfolgt.The bulbs are z. B. LEDs or laser diodes. In addition, it makes sense if the light coupling from the laterally arranged light sources into the optical element takes place from at least two sides, preferably from opposite sides.

Ganz besonders bevorzugt ist vor der Beleuchtungseinrichtung eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung, beispielsweise ein LCD-Panel, angeordnet. Damit können die beiden Betriebsarten B1 und B2 entsprechend für die Bildwiedergabeeinrichtung umgesetzt werden. Most preferably, a transmissive image display device, for example an LCD panel, is arranged in front of the illumination device. Thus, the two modes B1 and B2 can be implemented accordingly for the image display device.

Alternativ ist es möglich, dass das optische Element auf seiner der Hintergrundbeleuchtung zugewandten Seite teilverspiegelt ist, wobei die Stärke der Verspiegelung zum Ausgleich von Helligkeitsunterschieden in der Betriebsart B1 über die Fläche des aus dem optischen Element ausgekoppelten Lichts variierend ausgestaltet ist, oder wobei nur solche Bereiche teilverspiegelt sind, bei denen die Helligkeit ohne Verspiegelung unter einem vorgegebenen Grenzwert abgefallen ist. Ferner kann die Beleuchtungseinrichtung eine Steuerung umfassen, welche in der Betriebsart B1 Helligkeitsunterschiede über die Fläche des aus dem optischen Element ausgekoppelten Lichtes vermittels einer zu diesen Helligkeitsunterschieden komplementären Steuerung der auf dem transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung dargestellten Bildinhalte ausgleicht, so dass ein im Wesentlichen bezüglich der Helligkeit homogenes Bild auf der transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung wahrnehmbar ist.Alternatively, it is possible for the optical element to be partially mirrored on its side facing the background illumination, wherein the intensity of the reflection for varying brightness differences in mode B1 is varied over the area of the light coupled out of the optical element, or only those regions partially mirrored, in which the brightness has fallen below a predetermined limit without mirroring. Furthermore, the illumination device may comprise a controller which, in mode B1, compensates differences in brightness over the surface of the light coupled out of the optical element by means of a control of the image contents displayed on the transmissive image display device, which control is complementary to these brightness differences, so that an image which is substantially homogeneous in terms of brightness is perceptible on the transmissive image display device.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung, bei welcher eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung vorgeschaltet ist, vorteilhaft zur Eingabe oder Anzeige von vertraulichen Daten, beispielweise von PIN-Geheimnummern, E-mails, SMS oder Passwörtern, an Geldautomaten, Zahlungsterminals oder mobilen Geräten verwendet werden.Finally, the illumination device according to the invention, in which a transmissive image display device is connected upstream, can advantageously be used for entering or displaying confidential data, for example PIN PIN numbers, e-mails, SMS or passwords, at ATMs, payment terminals or mobile devices.

Überdies ist eine Teilverspiegelung auf der Rückseite der transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung zur weiteren Homogenisierung der Lichtausbeute aus dem optischen Element vorteilhaft. Auch diese kann zum Ausgleich von Helligkeitsunterschieden analog zur Teilverspiegelung auf dem optischen Element variierend ausgestaltet oder nur bereichsweise aufgebracht sein.Moreover, a partial mirroring on the back of the transmissive image display device for further homogenization of the light output from the optical element is advantageous. These can be designed to compensate for differences in brightness similar to the partial mirroring on the optical element varying or applied only in areas.

Von Vorteil ist ebenso ein bereits vom Design her kollimiertes Backlight als Hintergrundbeleuchtung, d. h. die Lichtquelle ist hierbei so konzipiert, dass ihr Licht nur in einen vorbeschriebenen, eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird. Weiterhin kann es günstig sein, wenn stets die gleichen Lichtquellen, z. B. die besagten seitlich angeordneten Leuchtmittel, für beide Betriebsarten verwendet werden. Das Licht wird dann für die Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten B1 und B2 beispielsweise über einen optoelektronischen und/oder optomechanischen Schalter einmal in das optische Element und/oder einmal in die Hintergrundbeleuchtung eingekoppelt. Als Schalter kommt hier z. B. ein Shutter oder eine mechanische Umschaltung wie ein kippbarer Spiegel in Frage. Auch können die Leuchtmittel zweizeilig ausgebildet sein, wobei dann jeweils nur die gewünschte bzw. entsprechende Zeile angeschaltet wird.An advantage is also a backlight already collimated by design as a backlight, d. H. the light source is designed so that its light is emitted only in a prescribed, limited angle range. Furthermore, it may be favorable if always the same light sources, for. B. the said laterally arranged bulbs are used for both modes. The light is then coupled for the switching between the two operating modes B1 and B2, for example via an optoelectronic and / or optomechanical switch once in the optical element and / or once in the backlight. As a switch comes here z. As a shutter or a mechanical switching such as a tilting mirror in question. Also, the bulbs can be formed in two lines, in which case only the desired or corresponding line is turned on.

Weiterhin können die gewünschten bzw. die erlaubten Abstrahlungsrichtungen für den Modus B2 für eine eingeschränkte Sicht jeweils für die horizontale und vertikale Richtung unabhängig voneinander definiert und umgesetzt werden. Beispielsweise könnte in der vertikalen Richtung ein größerer Winkel sinnvoll sein, als in der horizontalen Richtung, etwa wenn bei Geldautomaten Personen mit unterschiedlicher Größe etwas sehen sollen, während der Seiteneinblick stark eingeschränkt bleiben soll. Dies wird insbesondere durch die Wahl der Licht kollimierenden Schichten, z. B. der Privacy-Filter, erreicht.Furthermore, the desired or allowed irradiation directions for the restricted view mode B2 can be independently defined and translated for the horizontal and vertical directions, respectively. For example, in the vertical direction, a larger angle might be useful than in the horizontal direction, such as when ATMs are supposed to see something of different sizes, while side-ins should be severely restricted. This is especially by the choice of light collimating layers, eg. As the privacy filter achieved.

Eine besondere Lösung der Aufgabe gibt schließlich folgende erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend

  • – eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung, die in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht in mindestens einer Richtung, die in einem Winkel größer als 45 + γ Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung gelegen ist, mit höchstens 6% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt wird, wobei die Hintergrundbeleuchtung mindestens eine Schicht zur Kollimation des von ihr abgestrahlten Lichtes enthalt, welche das die höchste Lichtdurchlässigkeit in einem Winkel von γ mit 0 < γ < 45 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung aufweist (hierbei kann es sich z. B. um einen oder mehrere Privacy-Filter handeln, deren Mikrolamellen gegenüber der Flächennormalen des Privacy-Filters um den Winkel γ geneigt sind, wie etwa aus der Produktreihe Shin EtsuTM LCF),
  • – mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung gelegenes, plattenförmiges und transparentes optisches Element, und
  • – Leuchtmittel, die seitlich an Schmalseiten des optischen Elements angeordnet sind,
  • – wobei – das optische Element als Lichtleiter ausgebildet ist, welcher aus einem thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff besteht, – in dem besagten Lichtleiter homogen verteilte vorhanden sind, – die besagten Streupartikel aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150–500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes von 0.01–300 Gew.-ppm eingesetzt werden, – der besagte Lichtleiter keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen aufweist und für das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist, – so dass das aus den Leuchtmitteln seitlich in das optische Element einfallende Licht für einen freien Sichtbereich in der Betriebsart B1 in Richtungen, die in Winkeln zwischen 45 Grad und 75 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung gelegen sind, mit mindestens 12% der maximalen Lichtstärke des aus dem Lichtleiter senkrecht zur Oberfläche austretenden Lichtes abgestrahlt wird, – und so dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln 4 herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht,
  • – wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung ein- und die Leuchtmittel ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel eingeschaltet sind.
A particular solution of the task is finally the following lighting device according to the invention, which can be operated in at least two modes B1 for a free viewing mode and B2 for a limited viewing mode comprising
  • An areal-like backlight that emits light in a restricted angle range in the limited viewing mode B2, the backlight illuminating light being in at least one direction at an angle greater than 45 + γ degrees to the surface normal of the backlight with at most 6% of the maximum light intensity, the backlight containing at least one layer for collimation of the light emitted by it, which has the highest light transmission at an angle of γ with 0 <γ <45 degrees to the surface normal of the backlight (here it may, for example, be one or more privacy filters whose microlenses are inclined relative to the surface normal of the privacy filter by the angle γ, as for example from the product series Shin Etsu LCF),
  • At least one plate-shaped and transparent optical element located in the viewing direction in front of the backlight, and
  • Illuminants, which are arranged laterally on narrow sides of the optical element,
  • - wherein - the optical element is formed as a light guide, which consists of a thermoplastic or thermoelastic plastic, - are homogeneously distributed in said light guide, - said scattering particles of titanium dioxide, barium sulfate, silsesquioxane particles and / or crosslinked polystyrene particles with a mean particle size of 150-500 nm exist, which be used in a concentration based on the weight of the optical element of 0.01-300 ppm by weight, - said light guide has no printing and light scattering impurities and is at least 85% transparent to the outgoing light from the backlight, - so that the light incident from the illuminants laterally into the optical element for a free viewing area in the mode B1 in directions located at angles between 45 degrees and 75 degrees to the surface normal of the backlight, with at least 12% of the maximum intensity of the vertical out of the optical fiber emitted to the surface of the light emitted, and so that the light emerging from the light guide at least at one point of its surface, which of the light sources 4 when these are turned on, at least at an angle α to the surface of the light guide, with α <80 degrees, a higher light intensity than the light emerging at said point of the surface of the light guide perpendicular to the surface of the light guide light,
  • - In the operating mode B2, the backlight is switched on and the lighting means are switched off, and wherein in the operating mode B1 at least the lighting means are switched on.

Für diese Variante der Erfindung gelten ebenso sinngemäß die weiter oben gegebenen Ausgestaltungshinweise.For this variant of the invention apply mutatis mutandis, the design information given above.

Die seitliche Neigung um den Winkel γ ist für verschiedene Anwendungen vorteilhaft. Beispielsweise kann in einem Cockpit eines Flugzeuges Information nur wahlweise für einen Piloten sichtbar sein, etwa wenn die Beleuchtungseinrichtung samt Bildwiedergabeeinrichtung in der Mitte der Kontrollkonsole angeordnet ist. Durch den Neigungswinkel γ wird dann in der Betriebsart B2 die Sichtbarkeit auf eine Schrägsicht, eben jener von nur einem Piloten, auf das System beschränkt.The lateral tilt by the angle γ is advantageous for various applications. For example, in a cockpit of an aircraft, information may only be selectively visible to a pilot, for example if the illumination device together with the image display device is arranged in the center of the control console. Due to the inclination angle γ, in the operating mode B2, the visibility on an oblique view, namely that of only one pilot, is then limited to the system.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale zeigen, näher erläutert. Es zeigtThe invention will be explained in more detail below with reference to drawings, which also show features essential to the invention. It shows

1 eine Prinzipskizze zur Auskopplung von Licht, das seitlich in ein optisches Element eingekoppelt wird, in einen größtmöglichen Raumwinkel, 1 a schematic diagram for the extraction of light, which is coupled laterally into an optical element, in the largest possible solid angle,

2 eine Prinzipskizze zum Durchgang von Licht, das aus einer Hintergrundbeleuchtung herrührt, durch das optische Element, 2 a schematic diagram for the passage of light, which results from a backlight, through the optical element,

3 eine Prinzipskizze einer Beleuchtungseinrichtung in einer ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus, bei der ein größtmöglicher Raumwinkel ausgeleuchtet wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung zusammen mit einer Bildwiedergabeeinrichtung verwendet wird, und wobei die Hintergrundbeleuchtung ausgeschaltet ist, 3 a schematic diagram of a lighting device in a first mode of operation B1 for a free viewing mode in which a maximum solid angle is illuminated, the lighting device is used together with an image display device, and wherein the backlight is turned off,

4 eine Prinzipskizze einer Beleuchtungseinrichtung in einer ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus, bei der ein größtmöglicher Raumwinkel ausgeleuchtet wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung zusammen mit einer Bildwiedergabeeinrichtung verwendet wird, und wobei die Hintergrundbeleuchtung eingeschaltet ist, 4 a schematic diagram of a lighting device in a first operating mode B1 for a free viewing mode in which the largest possible solid angle is illuminated, the lighting device is used together with an image display device, and wherein the backlight is turned on,

5 eine Prinzipskizze der Beleuchtungseinrichtung in einer zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, bei der ein eingeschränkter Raumwinkel ausgeleuchtet wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung zusammen mit einer Bildwiedergabeeinrichtung verwendet wird, 5 1 is a schematic diagram of the illumination device in a second operating mode B2 for a restricted viewing mode in which a limited solid angle is illuminated, wherein the illumination device is used together with an image display device,

6 eine Prinzipskizze einer weiteren Ausgestaltung einer Beleuchtungseinrichtung in einer ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus, bei der ein größtmöglicher Raumwinkel ausgeleuchtet wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung zusammen mit einer Bildwiedergabeeinrichtung verwendet wird, und wobei die Hintergrundbeleuchtung eingeschaltet ist, sowie 6 a schematic diagram of a further embodiment of a lighting device in a first mode of operation B1 for a free viewing mode in which the largest possible solid angle is illuminated, the illumination device is used together with an image display device, and wherein the backlight is turned on, as well

7 ein Diagramm zu einer beispielhaften Helligkeitsverteilung in verschiedene Raumrichtungen bezüglich des aus einem optischen Element ausgekoppelten Lichtes. 7 a diagram of an exemplary brightness distribution in different spatial directions with respect to the decoupled from an optical element light.

Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen wieder.The drawings are not true to scale and only represent schematic representations.

In 1 ist eine Prinzipskizze zur Auskopplung von Licht, das seitlich von Leuchtmitteln 4 in ein optisches Element 3 – hier nur als kleiner Ausschnitt in Schnittdarstellung gezeigt – eingekoppelt wird, in einen größtmöglichen Raumwinkel, dargestellt. Die kleinen Punkte stilisieren Streupartikel als Streuzentren für das Licht, welches seitlich von den Leuchtmitteln 4 eingekoppelt wird. Als Streupartikel für das optische Element 3 werden hier bevorzugt Titandioxid-Partikel in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes (3) von 0.1–50 Gew.-ppm, bevorzugt 0.1–10 Gew.-ppm., eingesetzt, und/oder die Titandioxidpartikel weisen eine mittlere Partikelgröße von 160 bis 450 nm und besonders bevorzugt von 170 bis 400 nm auf. Auf Grund von Totalreflexion werden Strahlen des eingekoppelten Lichts an der Außenwand wieder zurück in den Lichtleiter, also das optische Element 3, geworfen, bis sie schließlich auf einen Streupartikel zur gewünschten Auskopplung treffen. Die Darstellung in 1 ist zur besseren Erkennbarkeit stark stilisiert; in der Realität sind eine sehr große Vielzahl an Strahlengängen im optischen Element 3 umgesetzt.In 1 is a schematic diagram for the extraction of light, the side of bulbs 4 in an optical element 3 - shown here only as a small section in sectional view - is coupled, in the largest possible solid angle, shown. The small dots stylize scattering particles as scattering centers for the light, which laterally from the bulbs 4 is coupled. As scattering particles for the optical element 3 Titanium dioxide particles are preferably used here in a concentration based on the weight of the optical element (US Pat. 3 ) of 0.1-50 ppm by weight, preferably 0.1-10 ppm by weight., And / or the titanium dioxide particles have an average particle size of 160 to 450 nm and more preferably from 170 to 400 nm. Due to total reflection, rays of the injected light become the outer wall back into the light guide, so the optical element 3 , thrown until they finally hit a scattering article to the desired extraction. The representation in 1 is highly stylized for better visibility; In reality, there are a very large number of optical paths in the optical element 3 implemented.

2 zeigt eine Prinzipskizze zum Durchgang von Licht, das aus einer – zeichnerisch hier nicht dargestellten – Hintergrundbeleuchtung 2 herrührt, durch das optische Element 3. Die Streupartikel spielen dabei eine vernachlässigbare Rolle, da das Licht gerichtet aus der Hintergrundbeleuchtung 2 herrührt und nicht bzw. kaum durch Totalreflexion im Lichtleiter hin und her gelenkt wird. 2 shows a schematic diagram for the passage of light from a - not graphically illustrated - backlight 2 due to the optical element 3 , The scattering particles play a negligible role as the light is directed from the backlight 2 originates and is not or hardly steered by total reflection in the light guide back and forth.

Die 3 gibt eine Prinzipskizze einer Beleuchtungseinrichtung 1 in einer ersten Betriebsart B1 für einen freien Sichtmodus wieder, bei der ein größtmöglicher Raumwinkel ausgeleuchtet wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung 1 zusammen mit einer Bildwiedergabeeinrichtung 5 verwendet wird, und wobei die Hintergrundbeleuchtung 2 ausgeschaltet ist. 4 zeigt eine Variation dazu, wobei hier die Hintergrundbeleuchtung 2 eingeschaltet ist (die schwarzen Pfeile zeigen das von dort herrührende Licht). 6 wiederum zeigt eine Prinzipskizze einer weiteren Ausgestaltung zu der Variante gemäß 4, bei welcher eine teilweise Reflektion auf der Oberfläche der Hintergrundbeleuchtung 2 zu einer Art Lichtrecycling für das Licht führt, welches nach unten hin aus der Großfläche des optischen Elements 3 austritt (siehe gestrichelte Pfeile). Damit wird die Lichtausbeute verbessert. Weiterhin zeigt 5 eine Prinzipskizze der Beleuchtungseinrichtung in einer zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, bei der ein eingeschränkter Raumwinkel ausgeleuchtet wird, wobei auch hier die Beleuchtungseinrichtung zusammen mit einer Bildwiedergabeeinrichtung verwendet wird.The 3 gives a schematic diagram of a lighting device 1 in a first operating mode B1 for a free viewing mode again, in which the largest possible solid angle is illuminated, wherein the lighting device 1 together with a picture display device 5 is used, and where the backlight 2 is off. 4 shows a variation to this, here the backlight 2 is turned on (the black arrows show the light coming from there). 6 Again, a schematic diagram of a further embodiment of the variant according to 4 in which a partial reflection on the surface of the backlight 2 leads to a kind of light recycling for the light, which down from the large area of the optical element 3 exit (see dashed arrows). This improves the light output. Further shows 5 a schematic diagram of the lighting device in a second operating mode B2 for a limited viewing mode in which a limited solid angle is illuminated, here also the lighting device is used together with an image display device.

Die in den Zeichnungen 3 bis 6 schematische dargestellte erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1, die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden, umfasst

  • – eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung 2, die in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei das von der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgehende Licht in mindestens einer Richtung, die in einem Winkel größer als 45 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung 2 gelegen ist, mit höchstens 6% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt wird,
  • – mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung 2 gelegenes, plattenförmiges und transparentes optisches Element 3, und
  • Leuchtmittel 4, die seitlich an Schmalseiten des optischen Elements 3 angeordnet sind, (in den Zeichnungen stilisiert an einer Stelle, diese können aber gleichzeitig an mehreren Schmalseiten des optischen Elements 3 angeordnet sein),
  • – wobei – das optische Element 3 als Lichtleiter ausgebildet ist, welcher aus einem thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff besteht, – in dem besagten Lichtleiter homogen verteilte Streupartikel (welche als Lichtstreumittel wirken) vorhanden sind, – die besagten Streupartikel aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150–500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes 3 von 0.01–300 Gew.-ppm eingesetzt werden, – der besagte Lichtleiter, also das optische Element 3, keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen aufweist und für das von der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist, – so dass das aus den Leuchtmitteln 4 (wenn diese eingeschaltet sind) seitlich in das optische Element 3 einfallende Licht für einen freien Sichtbereich in der Betriebsart B1 in Richtungen, die in Winkeln zwischen 45 Grad und 75 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung 2 gelegen sind, mit mindestens 12% der maximalen Lichtstärke des aus dem Lichtleiter senkrecht zur Oberfläche austretenden Lichtes abgestrahlt wird, – und so dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln 4 herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht, (bevorzugt weist mindestens die Hälfte der Oberfläche des Lichtleiters derartige Punkte auf)
  • – wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung 2 ein- und die Leuchtmittel 4 ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel 4 eingeschaltet sind.
The in the drawings 3 to 6 schematic illustrated illumination device according to the invention 1 which are operated in at least two operating modes B1 for a free viewing mode and B2 for a restricted viewing mode
  • - an arealwide backlight 2 which emits light in a restricted angle range in the operating mode B2 for a limited viewing mode, that of the backlight 2 outgoing light in at least one direction at an angle greater than 45 degrees to the surface normal of the backlight 2 is located at a maximum of 6% of maximum light output,
  • - at least one viewing direction in front of the backlight 2 located, plate-shaped and transparent optical element 3 , and
  • - Illuminants 4 , which are laterally on narrow sides of the optical element 3 are arranged (in the drawings stylized at one point, but these can simultaneously on several narrow sides of the optical element 3 be arranged),
  • - where - the optical element 3 is formed as a light guide, which consists of a thermoplastic or thermoelastic plastic, - in the said light guide homogeneously distributed scattering particles (which act as light scattering agent) are present - the said scattering particles of titanium dioxide, barium sulfate, silsesquioxane particles and / or crosslinked polystyrene particles with have an average particle size of 150-500 nm, which in a concentration based on the weight of the optical element 3 0.01-300 ppm by weight are used, - said optical fiber, so the optical element 3 , no printing and no light scattering impurities and for that of the backlight 2 Outgoing light is at least 85% transparent, so that's from the bulbs 4 (when they are turned on) laterally into the optical element 3 incident light for a clear field of view in mode B1 in directions that are at angles between 45 degrees and 75 degrees to the surface normal of the backlight 2 are located, is radiated with at least 12% of the maximum light intensity of the light emerging from the optical fiber perpendicular to the surface light, and so that the light emerging from the light guide at least at one point of its surface, which of the light sources 4 comes when they are turned on, at least at an angle α to the surface of the light guide, with α <80 degrees, a higher light intensity than that at said point of the surface of the light guide perpendicular to the surface of the light guide emerging light, (preferably at least half of the surface of the light guide on such points on)
  • - In the operating mode B2, the backlight 2 on and the bulbs 4 are switched off, and wherein in the operating mode B1 at least the bulbs 4 are turned on.

Der besagte Lichtleiter, also das optische Element 3, weist keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen auf und ist für das von der Hintergrundbeleuchtung 2 ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent. Würde es eine Bedruckung und/oder lichtstreuende Störstellen auf einer oder beiden Großflächen des Lichtleiters, d. h. des optischen Elements 3, geben, so würde in der Betriebsart B2 das von der Hintergrundbeleuchtung 2 herrührende und durch das optische Element 3 hindurchtretende Licht dadurch gestreut und somit nicht mehr nur zu einem eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt werden.The said light guide, so the optical element 3 , has no printing and no light scattering defects and is for that of the backlight 2 outgoing light at least 85% transparent. Would it be a printing and / or light-scattering impurities on one or both large surfaces of the light guide, ie the optical element 3 , give, so in the mode B2 that of the backlight 2 originating and through the optical element 3 Light passing through it scattered and thus no longer be radiated only to a limited angular range.

Für die Betriebsart B1 ist es unbedingt erforderlich, dass die Leuchtmittel 4 eingeschaltet sind, während die Hintergrundbeleuchtung 2 ein- oder ausgeschaltet sein kann. Ist die Hintergrundbeleuchtung 2 dabei ausgeschaltet, sorgt nur das Licht aus den Leuchtmitteln 4 für die im Winkel nicht eingeschränkte Beleuchtung. Sind hingegen für die Betriebsart B1 sowohl die Leuchtmittel 4 als auch die Hintergrundbeleuchtung 2 eingeschaltet, kann eine größere Helligkeit erzielt werden. Dabei ist es dann besonders vorteilhaft, dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln 4 herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht, wie dies in 7 angedeutet ist. Der mit „I” beschriftete Pfeil steht für die jeweilige Lichtstärke, die horizontal zum optischen Element in dem jeweiligen Winkel α abgestrahlt wird. Diese technische Umsetzung bedeutet nämlich, dass sich das Licht, welches aus den Leuchtmitteln 4 herrührt und seine stärkste Helligkeit nicht in etwa entlang der Mittelsenkrechten der Beleuchtungseinrichtung 1 aufweist mit dem Licht, das von der Hintergrundbeleuchtung 2 herrührt und seine stärkste Helligkeit in etwa entlang der Mittelsenkrechten der Beleuchtungseinrichtung 1 aufweist, sehr gut ergänzt, um über mindestens einen Halbwinkel hinweg (z. B. das Winkelspektrum der Horizontalen vor der Beleuchtungseinrichtung 1) eine homogenere und insgesamt hellere Ausleuchtung zu erreichen, als wenn nur die Leuchtmittel 4 für die Betriebsart B1 eingeschaltet wären.For operating mode B1, it is absolutely necessary that the lamps 4 are turned on while the backlight 2 can be on or off. Is the backlight 2 switched off, only the light from the bulbs ensures 4 for the unrestricted lighting. Are on the other hand for the operating mode B1, both the bulbs 4 as well as the backlight 2 turned on, a greater brightness can be achieved. It is then particularly advantageous that the light emerging from the light guide at at least one point of its surface, which of the light sources 4 when these are turned on, at least at an angle α to the surface of the light guide, with α <80 degrees, a higher light intensity than the light emerging at said point of the surface of the light guide perpendicular to the surface of the light guide, as in 7 is indicated. The arrow labeled "I" stands for the respective light intensity, which is radiated horizontally to the optical element in the respective angle α. This technical implementation means that the light, which from the bulbs 4 and its strongest brightness is not approximately along the mid-perpendicular of the illumination device 1 exhibits with the light coming from the backlight 2 and its strongest brightness is approximately along the mid-perpendicular of the illumination device 1 has, very well complemented, over at least one half-angle (eg the angle spectrum of the horizontal in front of the illumination device 1 ) to achieve a more homogeneous and overall brighter illumination than if only the bulbs 4 would be turned on for the operating mode B1.

Als Streupartikel für das optische Element 3 werden bevorzugt Titandioxid-Partikel in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes 3 von 0.1–50 Gew.-ppm, bevorzugt 0.1–10 Gew.-ppm., eingesetzt, und/oder die Titandioxidpartikel weisen eine mittlere Partikelgröße von 160 bis 450 nm und besonders bevorzugt von 170 bis 400 nm auf.As scattering particles for the optical element 3 Titanium dioxide particles are preferably used in a concentration based on the weight of the optical element 3 from 0.1-50 ppm by weight, preferably 0.1-10 ppm by weight., And / or the titanium dioxide particles have an average particle size of 160 to 450 nm and more preferably from 170 to 400 nm.

Ferner gilt, dass das optische Element (3) einen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, bevorzugt kleiner als 2%, gemessen gemäß ASTM D1003.Furthermore, the optical element ( 3 ) has a Haze value less than 7%, preferably less than 2%, measured according to ASTM D1003.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das optische Element 3 mindestens 40 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bevorzugt mindestens 60 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bezogen auf sein Gewicht, umfasst.It is also advantageous if the optical element 3 at least 40 weight percent polymethyl methacrylate, preferably at least 60 weight percent polymethylmethacrylate, based on its weight.

Eine weitere sinnvolle Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung 1 sieht vor, dass für die Betriebsart B2 das ausschließlich von der Hintergrundbeleuchtung 2 herrührende und aus dem optischen Element 3 an jedem Punkt seiner Oberfläche in Betrachtungsrichtung austretende Licht in Winkeln β > 30 Grad (siehe hierzu auch 5 bzgl. der Winkeldefinition von β), gemessen senkrecht zur Oberfläche des optischen Elements 3 und in horizontaler Orientierung zur Oberfläche des optischen Elements 3, maximal 5% von der Lichtstärke aufweist, die das Licht aufweist, welches von einem solchen Punkt der Oberfläche des optischen Elements 3 senkrecht zu seiner Oberfläche austritt. Besonders bevorzugt enthält die Hintergrundbeleuchtung 2 dazu mindestens eine optische Schicht zur Kollimation von Licht, um eine winkeleingeschränkte Abstrahlcharakteristik des von ihr ausgestrahlten Lichtes zu erzielen. Bei der Hintergrundbeleuchtung 2 handelt es sich vorzugsweise um ein Backlight, beispielsweise ein Side-light, Edgelight, Direct LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder einen anderen Flächenstrahler, auf welches ein permanenter Sichtschutzfilter, auch als Privacyfilter (z. B. VikuitTM von 3MTM oder LCF von Shin EtsuTM) bezeichnet, aufgebracht ist, welcher als Lichtkollimator bzw. räumlicher Lichtfilter wirkt, nach dessen Durchgang das Licht von der Hintergrundbeleuchtung 2 im Wesentlichen nur noch in einen eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird. Zusätzlich den der/den Schicht(en) zur Kollimation können noch im Winkel vom 90 Grad gekreuzte Komponenten vom Typ „Optical Lighting Film” (OLF) Typ 2301 von 3MTM vorhanden sein, um eine Vor-Kollimation zu erzielen und dabei das Licht zu bündeln.Another useful embodiment of the lighting device 1 provides that for the operating mode B2 only from the backlight 2 originating and out of the optical element 3 At each point of its surface in the direction of viewing light exiting in angles β> 30 degrees (see also 5 with respect to the angular definition of β), measured perpendicular to the surface of the optical element 3 and in horizontal orientation to the surface of the optical element 3 , at most 5% of the light intensity having the light, which from such a point of the surface of the optical element 3 emerges perpendicular to its surface. Particularly preferably, the backlight contains 2 at least one optical layer for the collimation of light in order to achieve an angle-limited radiation characteristic of the light emitted by it. In the backlight 2 is preferably a backlight, for example, a side-light, Edgelight, direct LED backlight, edge LED backlight, OLED or other surface spotlight, on which a permanent privacy filter, as a privacy filter (eg Vikuit TM 3M TM or LCF from Shin Etsu TM ), which acts as a light collimator or spatial light filter after which it passes the light from the backlight 2 essentially only in a limited angular range is radiated. In addition to the collimating layer (s), 3M type "Optical Lighting Film" (OLF) Type 2301 crossed components may still be present to achieve pre-collimation while transmitting the light bundle up.

Weiterhin ist es möglich, dass die nächste optische Komponente unterhalb des optischen Elements 3 mindestens eine teilweise reflektierende Oberfläche für in der Betriebsart B1 aus dem optischen Element 3 nach unten austretendes Licht aufweist und dadurch derartig nach unten abgestrahltes Licht wenigstens teilweise wieder auf das optische Element 3 zurückreflektiert wird und zumindest teilweise durch dieses hindurch tritt, wie das in 4 mit den gestrichelten Pfeilen angedeutet ist. Da das als Lichtleiter umgesetzte optische Element 3 Licht von beiden Großflächen aus, also nach oben und nach unten abstrahlt (die Richtung nach unten weist in Richtung der Hintergrundbeleuchtung 2), wird auf diese Weise eine Art Lichtrecycling ermöglicht. Hier kann es ausreichen, dass die besagte nächste optische Komponente, oftmals also die optische Schicht der Hintergrundbeleuchtung 2 zur Kollimation (z. B. Privacyfilter), nicht entspiegelt ist oder aber eine Teilverspiegelung aufweist, die für von unten, d. h. von der Hintergrundbeleuchtung 2, kommendes Licht so transparent wie möglich ist.Furthermore, it is possible for the next optical component to be below the optical element 3 at least one partially reflecting surface for in the mode B1 from the optical element 3 has downwardly exiting light and thereby such downwardly radiated light at least partially back to the optical element 3 is reflected back and at least partially passes through it, as in 4 indicated by the dashed arrows. Since the optical element implemented as a light guide 3 Light emanating from both large areas, ie radiating upwards and downwards (the direction downward points in the direction of the backlight 2 ), a kind of light recycling is possible in this way. Here it may be sufficient that the said next optical component, often the optical layer of the backlight 2 for collimation (eg Privacy Filter), is not anti-reflective or has a partial mirroring, which for from below, ie from the backlight 2 , incoming light is as transparent as possible.

Bei den Leuchtmitteln 4 handelt es sich z. B. um LEDs. Außerdem ist es sinnvoll, wenn die Lichteinkopplung aus den seitlich angeordneten Leuchtmitteln 4 in das optische Element 3 von mindestens zwei Seiten, bevorzugt von gegenüberliegenden Seiten, erfolgt.At the bulbs 4 is it z. For example, LEDs. Besides, it makes sense if the Light coupling from the laterally arranged bulbs 4 in the optical element 3 from at least two sides, preferably from opposite sides.

Ganz besonders bevorzugt ist vor der Beleuchtungseinrichtung 1 eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung 5, beispielsweise ein LCD-Panel, angeordnet, wie in den Zeichnungen 3 bis 6 eingezeichnet. Damit können die beiden Betriebsarten B1 und B2 entsprechend für die Bildwiedergabeeinrichtung 5 umgesetzt werden. Die erste Betriebsart B1 für einen freien Sichtbereich erlaubt dann auf der Bildwiedergabeqeinrichtung 5, das Bild aus einem möglichst großen Raumwinkel in voller Auflösung wahrzunehmen. Umgekehrt verhält es sich in der zweiten Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtbereich so, dass das Bild auf dem Bildwiedergabeeinrichtung 5 ebenso in voller Auflösung, jedoch nur aus einem eingeschränkten Raumwinkel wahrnehmbar ist, was einem privaten Betrachtungsmodus entspricht (sogenannter Sichtschutz- oder Privacy-Modus). Je nach Ausgestaltung der Parameter für die Beleuchtungswinkel ist dann auch der sichtbare Bereich des von der Bildwiedergabeeinrichtung 5 dargestellten Bildes entsprechend im Raumwinkel eingeschränkt wahrnehmbar.Very particularly preferred is in front of the lighting device 1 a transmissive image display device 5 For example, an LCD panel arranged as in the drawings 3 to 6 located. Thus, the two modes B1 and B2 corresponding to the image display device 5 be implemented. The first operating mode B1 for a free field of view then allows on the Bildwiedergabeqeinrichtung 5 to perceive the image from the largest possible solid angle in full resolution. Conversely, in the second operating mode B2 for a limited field of view, the image on the image display device is the same 5 also in full resolution, but only from a limited solid angle perceptible, which corresponds to a private viewing mode (so-called privacy or privacy mode). Depending on the configuration of the parameters for the illumination angles, the visible region of the image reproduction device is then also visible 5 displayed image correspondingly limited in the solid angle perceptible.

Überdies ist eine Teilverspiegelung auf der Rückseite der transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung 5 zur weiteren Homogenisierung der Lichtausbeute aus dem optischen Element 3 vorteilhaft. Auch diese kann zum Ausgleich von Helligkeitsunterschieden analog zur Teilverspiegelung auf dem optischen Element 3 variierend ausgestaltet oder nur bereichsweise aufgebracht sein.Moreover, a partial mirroring is on the back of the transmissive image display device 5 for further homogenization of the light output from the optical element 3 advantageous. This can also compensate for brightness differences analogous to the partial mirroring on the optical element 3 be configured varying or applied only partially.

Von Vorteil ist ebenso ein bereits vom Design her kollimiertes Backlight (ein sogenanntes „Directional Backlight”) als Hintergrundbeleuchtung, d. h. die Lichtquelle ist hierbei so konzipiert, dass ihr Licht nur in einen vorbeschriebenen, eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird. Weiterhin kann es günstig sein, wenn stets die gleichen Lichtquellen, z. B. die seitlich angeordneten Leuchtmittel 4, für beide Betriebsarten verwendet werden. Das Licht wird dann für die Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten B1 und B2 beispielsweise über einen optoelektronischen und/oder optomechanischen Schalter einmal in das optische Element 3 und/oder einmal in die Hintergrundbeleuchtung 2 eingekoppelt. Als Schalter kommt hier z. B. ein Shutter oder eine mechanische Umschaltung wie ein kippbarer Spiegel in Frage. Auch können die Leuchtmittel 4 zweizeilig ausgebildet sein, wobei dann jeweils nur die gewünschte bzw. entsprechende Zeile angeschaltet wird.Another advantage is an already collimated by design backlight (a so-called "Directional Backlight") as a backlight, ie the light source is designed so that their light is emitted only in a prescribed, limited angle range. Furthermore, it may be favorable if always the same light sources, for. B. the laterally arranged bulbs 4 , used for both modes. The light is then for switching between the two modes B1 and B2, for example, via an optoelectronic and / or optomechanical switch once in the optical element 3 and / or once in the backlight 2 coupled. As a switch comes here z. As a shutter or a mechanical switching such as a tilting mirror in question. Also, the bulbs can 4 be formed two lines, in which case only the desired or corresponding line is turned on.

Weiterhin können die gewünschten bzw. die erlaubten Abstrahlungsrichtungen für den Modus B2 für eine eingeschränkte Sicht jeweils für die horizontale und vertikale Richtung unabhängig voneinander definiert und umgesetzt werden. Beispielsweise könnte in der vertikalen Richtung ein größerer Winkel sinnvoll sein, als in der horizontalen Richtung, etwa wenn bei Geldautomaten Personen mit unterschiedlicher Größe etwas sehen sollen, während der Seiteneinblick stark eingeschränkt bleiben soll. Dies wird insbesondere durch die Wahl der Licht kollimierenden Schichten, z. B. der Privacy-Filter, erreicht.Furthermore, the desired or allowed irradiation directions for the restricted view mode B2 can be independently defined and translated for the horizontal and vertical directions, respectively. For example, in the vertical direction, a larger angle might be useful than in the horizontal direction, such as when ATMs are supposed to see something of different sizes, while side-ins should be severely restricted. This is especially by the choice of light collimating layers, eg. As the privacy filter achieved.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1, bei welcher insbesondere eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung 5 vorgeschaltet ist, kann vorteilhaft zur Eingabe oder Anzeige von vertraulichen Daten, beispielweise von PIN-Geheimnummern, E-mails, SMS oder Passwörtern, an Geldautomaten, Zahlungsterminals oder mobilen Geräten verwendet werden.The lighting device according to the invention 1 in which in particular a transmissive image display device 5 upstream, can be used advantageously for entering or displaying confidential data, for example PIN PIN numbers, e-mails, SMS or passwords, ATMs, payment terminals or mobile devices.

Somit wird erreicht, was gewünscht war: Bei Verwendung der Beleuchtungseinrichtung 1 mit einer Bildwiedergabeeinrichtung 5 (z. B. LCD-Bildschirm) kann eine sichere Darstellung von Informationen durch einen wahlweise eingeschränkten Betrachtungswinkel realisiert werden, wobei in einem zweiten Modus eine freie, möglichst im Betrachtungswinkel uneingeschränkte Sicht möglich ist. Die Beleuchtungseinrichtung 1 ist mit einfachen Mitteln preisgünstig umsetzbar. In beiden beschriebenen Betriebsmodi B1 und B2 ist die volle native Auflösung des verwendeten Bildschirms, also der Bildwiedergabeeinrichtung 5, sichtbar. Ferner wird ein Lichtverlust möglichst gering gehalten.This achieves what was desired: When using the lighting device 1 with a picture display device 5 (For example, LCD screen), a secure display of information by an optionally limited viewing angle can be realized, in a second mode, a free, if possible in the viewing angle unrestricted view is possible. The lighting device 1 is inexpensive to implement with simple means. In both described operating modes B1 and B2 is the full native resolution of the screen used, ie the image display device 5 , visible, noticeable. Furthermore, a loss of light is kept as low as possible.

Im Gegensatz zum Stand der Technik muss weder eine starke UV-Lichtquelle benutzt werden, noch müssen erst aufwändig winkeleingeschränkte Lichtverteilungen in uneingeschränkte Lichtverteilungen umgewandelt werden – was die Helligkeit massiv vermindert –, noch sind aufwändige Prismen- bzw. Mikrolinsenstrukturen notwendig.In contrast to the prior art, neither a strong UV light source has to be used, nor do complex angle-limited light distributions have to be converted into unrestricted light distributions - which massively reduces the brightness - nor are elaborate prism or microlens structures necessary.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6765550 [0003] US 6765550 [0003]
  • US 5993940 [0004] US 5993940 [0004]
  • WO 2012/033583 [0005] WO 2012/033583 [0005]
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  • US 2012/0235891 [0009, 0009] US 2012/0235891 [0009, 0009]
  • JP 2007-155783 [0010] JP 2007-155783 [0010]

Claims (10)

Beleuchtungseinrichtung (1), die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend – eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (2), die in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei das von der Hintergrundbeleuchtung (2) ausgehende Licht in mindestens einer Richtung, die in einem Winkel größer als 45 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegen ist, mit höchstens 6% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt wird, – mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegenes, plattenförmiges und transparentes optisches Element (3), und – Leuchtmittel (4), die seitlich an Schmalseiten des optischen Elements (3) angeordnet sind, – wobei – das optische Element (3) als Lichtleiter ausgebildet ist, welcher aus einem thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff besteht, – in dem besagten Lichtleiter homogen verteilte vorhanden sind, – die besagten Streupartikel aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150–500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes (3) von 0.01–300 Gew.-ppm eingesetzt werden, – der besagte Lichtleiter keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen aufweist und für das von der Hintergrundbeleuchtung (2) ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist, – so dass das aus den Leuchtmitteln (4) seitlich in das optische Element (3) einfallende Licht für einen freien Sichtbereich in der Betriebsart B1 in Richtungen, die in Winkeln zwischen 45 Grad und 75 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegen sind, mit mindestens 12% der maximalen Lichtstärke des aus dem Lichtleiter senkrecht zur Oberfläche austretenden Lichtes abgestrahlt wird, – und so dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln 4 herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht, – wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung (2) ein- und die Leuchtmittel (4) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel (4) eingeschaltet sind.Lighting device ( 1 ), which can be operated in at least two operating modes B1 for a free viewing mode and B2 for a restricted viewing mode, comprising - an areally extended backlighting ( 2 ), which emits light in a limited angle range in the operating mode B2 for a limited viewing mode, whereby that of the backlight ( 2 ) emitted light in at least one direction, which at an angle greater than 45 degrees to the surface normal of the backlight ( 2 ) is emitted with at most 6% of the maximum light intensity, - at least one in the viewing direction in front of the backlight ( 2 ), plate-shaped and transparent optical element ( 3 ), and - illuminant ( 4 ), which laterally on narrow sides of the optical element ( 3 ), wherein - the optical element ( 3 ) is formed as a light guide, which consists of a thermoplastic or thermoelastic plastic, - are homogeneously distributed in the said light guide, - said scattering particles of titanium dioxide, barium sulfate, silsesquioxane particles and / or crosslinked polystyrene particles having a mean particle size of 150- 500 nm, which in a concentration based on the weight of the optical element ( 3 ) of 0.01-300 ppm by weight, - said optical fiber has no printing and no light-scattering impurities and for the of the backlight ( 2 ) outgoing light is at least 85% transparent, so that the light sources ( 4 ) laterally into the optical element ( 3 ) incident light for a free field of view in the operating mode B1 in directions which are at angles between 45 degrees and 75 degrees to the surface normal of the backlight ( 2 ), is radiated with at least 12% of the maximum light intensity of the light emerging from the optical fiber perpendicular to the surface of the light, and so that the light emerging from the light guide at least at one point of its surface, which of the light sources 4 comes when they are turned on, at least at an angle α to the surface of the light guide, with α <80 degrees, a higher light intensity than that at said point of the surface of the light guide perpendicular to the surface of the light guide emerging light, - wherein in the Mode B2 the backlight ( 2 ) and the bulbs ( 4 ) are switched off, and wherein in the operating mode B1 at least the lighting means ( 4 ) are turned on. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (3) einen Haze-Wert kleiner als 7% aufweist, bevorzugt kleiner als 2%, gemessen gemäß ASTM D1003.Lighting device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the optical element ( 3 ) has a Haze value less than 7%, preferably less than 2%, measured according to ASTM D1003. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Streupartikel Titandioxid-Partikel in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes (3) von 0.1–50 Gew.-ppm, bevorzugt 0.1–10 Gew.-ppm., eingesetzt werden, und/oder dass die Titandioxidpartikel eine mittlere Partikelgröße von 160 bis 450 nm und besonders bevorzugt von 170 bis 400 nm aufweisen.Lighting device ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that as scattering particles titanium dioxide particles in a concentration based on the weight of the optical element ( 3 ) of 0.1-50 ppm by weight, preferably 0.1-10 ppm by weight, are used, and / or that the titanium dioxide particles have an average particle size of 160 to 450 nm and more preferably from 170 to 400 nm. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (3) mindestens 40 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bevorzugt mindestens 60 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat, bezogen auf sein Gewicht, umfasst.Lighting device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optical element ( 3 ) comprises at least 40% by weight of polymethylmethacrylate, preferably at least 60% by weight of polymethyl methacrylate, based on its weight. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Betriebsart B2 das ausschließlich von der Hintergrundbeleuchtung (2) herrührende und aus dem optischen Element (3) an jedem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht in Winkeln β > 30 Grad, gemessen senkrecht zur Oberfläche des optischen Elements (3) und in horizontaler Orientierung zur Oberfläche des optischen Elements (3), maximal 5% von der Lichtstärke aufweist, die das Licht aufweist, welches von einem solchen Punkt der Oberfläche des optischen Elements (3) senkrecht zu seiner Oberfläche austritt.Lighting device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that for the operating mode B2 exclusively from the backlight ( 2 ) and from the optical element ( 3 ) light emerging at any point of its surface at angles β> 30 degrees measured perpendicular to the surface of the optical element ( 3 ) and in horizontal orientation to the surface of the optical element ( 3 ), a maximum of 5% of the light intensity, which comprises the light, which from such a point of the surface of the optical element ( 3 ) emerges perpendicular to its surface. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nächste optische Komponente unterhalb des optischen Elements (3) mindestens eine teilweise reflektierende Oberfläche für in der Betriebsart B1 aus dem optischen Element (3) nach unten austretendes Licht aufweist und dadurch derartig nach unten abgestrahltes Licht wenigstens teilweise wieder auf das optische Element (3) zurückreflektiert wird und zumindest teilweise durch dieses hindurch tritt.Lighting device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the next optical component below the optical element ( 3 ) at least one partially reflecting surface for in the mode B1 from the optical element ( 3 ) has light exiting downwardly and thereby at least partially re-irradiates such downwardly emitted light onto the optical element ( 3 ) is reflected back and at least partially passes through it. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Beleuchtungseinrichtung (1) ein transmissiver Bildwiedergabeeinrichtung (5), beispielsweise ein LCD-Panel, angeordnet ist.Lighting device ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that in front of the illumination device ( 1 ) a transmissive image display device ( 5 ), for example an LCD panel. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hintergrundbeleuchtung (2) mindestens eine optische Schicht zur Kollimation von Licht enthält.Lighting device ( 1 ) according to claim 1 or 7, characterized in that the backlight ( 2 ) contains at least one optical layer for collimating light. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hintergrundbeleuchtung (2) ein Backlight, beispielsweise ein Sidelight, Edgelight, Direct LED Backlight, edge LED Backlight, OLED oder ein anderer Flächenstrahler, ist, auf welches mindestens ein permanenter Privacy-filter aufgebracht ist.Lighting device ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the backlight ( 2 ) a backlight, for example a sidelight, edgelight, direct led backlight, edge LED backlight, OLED or another surface radiator, is on which at least one permanent privacy filter is applied. Beleuchtungseinrichtung (1), die in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend – eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung (2), die in der Betriebsart B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei das von der Hintergrundbeleuchtung (2) ausgehende Licht in mindestens einer Richtung, die in einem Winkel größer als 45 + γ Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegen ist, mit höchstens 6% der maximalen Lichtstärke abgestrahlt wird, wobei die Hintergrundbeleuchtung (2) mindestens eine Schicht zur Kollimation des von ihr abgestrahlten Lichtes enthält, welche die höchste Lichtdurchlässigkeit in einem Winkel von γ mit 0 < γ < 45 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung (2) aufweist, – mindestens ein in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegenes, plattenförmiges und transparentes optisches Element (3), und – Leuchtmittel (4), die seitlich an Schmalseiten des optischen Elements (3) angeordnet sind, – wobei – das optische Element (3) als Lichtleiter ausgebildet ist, welcher aus einem thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoff besteht, – in dem besagten Lichtleiter homogen verteilte vorhanden sind, – die besagten Streupartikel aus Titandioxid, Bariumsulfat, silsesquioxanen Partikeln und/oder vernetzten Polystyrol-Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 150–500 nm bestehen, welche in einer Konzentration bezogen auf das Gewicht des optischen Elementes (3) von 0.01–300 Gew.-ppm eingesetzt werden, – der besagte Lichtleiter keine Bedruckung und keine lichtstreuenden Störstellen aufweist und für das von der Hintergrundbeleuchtung (2) ausgehende Licht zu mindestens 85% transparent ist, – so dass das aus den Leuchtmitteln (4) seitlich in das optische Element (3) einfallende Licht für einen freien Sichtbereich in der Betriebsart B1 in Richtungen, die in Winkeln zwischen 45 Grad und 75 Grad zur Flächennormale der Hintergrundbeleuchtung (2) gelegen sind, mit mindestens 12% der maximalen Lichtstärke des aus dem Lichtleiter senkrecht zur Oberfläche austretenden Lichtes abgestrahlt wird, – und so dass das aus dem Lichtleiter an mindestens einem Punkt seiner Oberfläche austretende Licht, welches von den Leuchtmitteln 4 herrührt, wenn diese eingeschaltet sind, in mindestens einem Winkel α zur Oberfläche des Lichtleiters, mit α < 80 Grad, eine höhere Lichtstärke aufweist, als das an dem besagten Punkt der Oberfläche des Lichtleiters senkrecht zur Oberfläche des Lichtleiters austretende Licht, – wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung (2) ein- und die Leuchtmittel (4) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel (4) eingeschaltet sind.Lighting device ( 1 ), which can be operated in at least two operating modes B1 for a free viewing mode and B2 for a restricted viewing mode, comprising - an areally extended backlighting ( 2 ), which emits light in a limited angle range in the operating mode B2 for a limited viewing mode, whereby that of the backlight ( 2 ) outgoing light in at least one direction, which is at an angle greater than 45 + γ degrees to the surface normal of the backlight ( 2 ) is emitted with at most 6% of the maximum light intensity, the backlight ( 2 ) contains at least one layer for collimation of the light emitted by it, which has the highest light transmission at an angle of γ with 0 <γ <45 degrees to the surface normal of the backlight ( 2 ), - at least one viewing direction in front of the backlight ( 2 ), plate-shaped and transparent optical element ( 3 ), and - illuminant ( 4 ), which laterally on narrow sides of the optical element ( 3 ), wherein - the optical element ( 3 ) is formed as a light guide, which consists of a thermoplastic or thermoelastic plastic, - are homogeneously distributed in the said light guide, - said scattering particles of titanium dioxide, barium sulfate, silsesquioxane particles and / or crosslinked polystyrene particles having a mean particle size of 150- 500 nm, which in a concentration based on the weight of the optical element ( 3 ) of 0.01-300 ppm by weight, - said optical fiber has no printing and no light-scattering impurities and for the of the backlight ( 2 ) outgoing light is at least 85% transparent, so that the light sources ( 4 ) laterally into the optical element ( 3 ) incident light for a free field of view in the operating mode B1 in directions which are at angles between 45 degrees and 75 degrees to the surface normal of the backlight ( 2 ), is radiated with at least 12% of the maximum light intensity of the light emerging from the optical fiber perpendicular to the surface of the light, and so that the light emerging from the light guide at least at one point of its surface, which of the light sources 4 comes when they are turned on, at least at an angle α to the surface of the light guide, with α <80 degrees, a higher light intensity than that at said point of the surface of the light guide perpendicular to the surface of the light guide emerging light, - wherein in the Mode B2 the backlight ( 2 ) and the bulbs ( 4 ) are switched off, and wherein in the operating mode B1 at least the lighting means ( 4 ) are turned on.
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