能夠開關(guān)的發(fā)光裝置及其用圖
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置(1)，所述發(fā)光裝置能夠以至少兩種運行方式－－對應(yīng)于自由看視模式的運行方式(B1)和對應(yīng)于受限看視模式的運行方式(B2)來運行。所述發(fā)光裝置包括平面狀伸展的背光裝置(2)，其按照受限看視模式的運行方式(B2)將光出射到受限的角度范圍中。沿觀察方向設(shè)置在背光裝置(2)前面的、平板狀光學(xué)元件(3)以及發(fā)光機構(gòu)(4)，所述發(fā)光機構(gòu)沿側(cè)向布置在光學(xué)元件(3)的窄邊上。光學(xué)元件(3)設(shè)計為光導(dǎo)體，光導(dǎo)體由底板合成材料A和均勻分布于其上的由聚合物B構(gòu)成的散射顆粒組成。光導(dǎo)體對于從背光裝置(2)中發(fā)出的光至少80％是透明的或者說透過性的。從發(fā)光機構(gòu)(4)中沿側(cè)向射入光學(xué)元件(3)的光針對自由的視域范圍出射，其中，在運行方式(B2)中，背光裝置(2)接通，發(fā)光機構(gòu)(4)關(guān)斷，在運行方式(B1)中，發(fā)光機構(gòu)(4)接通，背光裝置(2)關(guān)斷。由此，在與處在發(fā)光裝置(1)前面的透射式的成像裝置(5)相配合的情況下，可以實現(xiàn)可選地自由或受限看視的顯示屏。
【專利說明】
能夠開關(guān)的發(fā)光裝置及其用途
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]近年來，在擴寬LCD (液晶）視角方面取得重大進步。但是經(jīng)常存在如下狀況，就是 顯示屏的非常大的看視范圍可能是不利的。越來越多地也可以在移動設(shè)備(諸如筆記本電 腦和平板電腦)上提供信息，諸如銀行數(shù)據(jù)或其他私人數(shù)據(jù)和敏感數(shù)據(jù)。與此相應(yīng)地需要監(jiān) 控的是:哪些人被允許看到敏感數(shù)據(jù)，使用者必須能夠在很寬的視角內(nèi)作出選擇，以便在其 顯示器上與其他人分享信息，例如在觀看假期照片或者針對廣告用途時。另外，當(dāng)使用者想 要秘密處理圖像信息時，其需要很小的視角。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于微片層(Mikro-Lamellen)的附膜已經(jīng)用于顯示器，以便對顯示器實現(xiàn)視覺上 的數(shù)據(jù)保護。但是，所述膜不能變換，其必須總是手動加設(shè)，之后再移除。這種膜還必須在不 需要時，獨立于顯示器運送。這種片層膜的使用缺陷還與入射光的損耗有關(guān)。
[0003] US6，765，550介紹了這種借助于微片層的視域保護。在這里，最大的缺點在于這種 過濾器的機械移除和機械加裝以及在保護模式下的光損耗。
[0004] 在US5,993,940中介紹了如下的膜的使用，這種膜具有均勻布置在其表面上的、小 的棱鏡條，以便實現(xiàn)隱私模式。但研發(fā)和制造都相對復(fù)雜。
[0005] 在W02012/033583中，通過操控所謂的"發(fā)色"層之間的液晶而在自由視域與受限 視域之間切換。在此，產(chǎn)生光損耗，耗費也相當(dāng)高。
[0006] 文獻US2009/0067156公開了大量構(gòu)思，用于構(gòu)造發(fā)光系統(tǒng)和顯示屏設(shè)備。在其中 在圖3A和圖3B中繪出的變型特別是應(yīng)用兩個背光裝置(所謂的背光）和LCD面板，背光裝置 由楔形的光導(dǎo)體構(gòu)成，后部背光40應(yīng)當(dāng)強制產(chǎn)生寬的發(fā)光角，前部背光38則應(yīng)當(dāng)強制產(chǎn)生 窄的發(fā)光角。但在此情況下，工作原理還不清楚的是，背光38應(yīng)當(dāng)如何產(chǎn)生窄的發(fā)光角，而 不使發(fā)出自背光40的、具有寬發(fā)光角的光在通過背光38時明顯變換成具有窄發(fā)光角的光。
[0007] 針對根據(jù)US2009/0067156的圖5的構(gòu)造，需要注意的是:兩個光導(dǎo)體46和48分別產(chǎn) 生"窄光"，也就是具有窄的發(fā)光角的光。光導(dǎo)體48的光首先通過需要復(fù)雜地利用棱鏡結(jié)構(gòu) 設(shè)定的分光鏡50變換成"寬光"，也就是具有寬的發(fā)光角的光。這種變換極大地削減光強度， 因為首先以窄的發(fā)光角出射的、作為唯一的光被提供的光以很大的發(fā)光角(一般為半空間） 發(fā)散。這使得:視參數(shù)而定，亮度以5或更高的系數(shù)降低(就光密度而言）。這是在實踐中不太 重要的設(shè)計方案。
[0008] 在根據(jù)US2009/0067156的圖7的設(shè)計中，強制需要的是磷光層，磷光層應(yīng)當(dāng)將紫外 光變換成可見光。耗費是很大的，并且當(dāng)希望從背光中獲得足夠的光以便可讀地照亮LCD面 板時，需要非常高強度的紫外光。這一過程隨之也是昂貴而且復(fù)雜的并且從屏蔽所選需要 的紫外輻射方面考慮就已經(jīng)無法付諸實施了。
[0009] US2012/0235891介紹了一種顯示屏中的非常復(fù)雜的背光。其中，根據(jù)圖1和圖15不 僅使用多個光導(dǎo)體，而且還使用了其他復(fù)雜的光學(xué)元件，例如微型透鏡元件40和棱鏡結(jié)構(gòu) 50,這種光學(xué)元件將從后部發(fā)光裝置發(fā)出的光在通往前部發(fā)光裝置的光程上加以改變。這 需要昂貴而且復(fù)雜地實施并且同樣涉及到光損耗的問題。根據(jù)US2012/0235891中圖17的變 型，兩個光源4R和18發(fā)出具有窄的發(fā)光角的光，其中，來自后部光源18的光要很復(fù)雜的過程 才變換成具有大發(fā)光角的光。復(fù)雜的變換過程如上面已經(jīng)發(fā)現(xiàn)那樣，大大削減了亮度。 [0010]根據(jù)JP2007-155783,使用了專門的、需要復(fù)雜計算和制造的光學(xué)表面19,這種光 學(xué)表面這樣將光根據(jù)光入射角折轉(zhuǎn)到不同的或?qū)捇蛘姆秶?。這種結(jié)構(gòu)類似于菲涅耳透 鏡。另外，存在光轉(zhuǎn)向不希望的方向的干擾側(cè)面。由此，不清楚是夠能夠?qū)崿F(xiàn)真正合理的光 分布。
[0011] 對于前面提到的方法和裝置，一般缺點在于，這些方法和裝置明顯降低基礎(chǔ)顯示 屏的亮度，和/或需要主動式光學(xué)元件進行模式轉(zhuǎn)換，和/或需要復(fù)雜以及昂貴的制造方案， 和/或降低了可自由看視的模式下的分辨率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 因此，本發(fā)明的目的在于，介紹了一種能夠開關(guān)的發(fā)光裝置，這種發(fā)光裝置實現(xiàn)了 至少兩種發(fā)光模式，其中一種模式僅照明受限的空間角，另一種模式實現(xiàn)了在盡可能大的 空間角中的照明。由此，在應(yīng)用具有顯示屏的發(fā)光裝置時，通過選擇性受限的看視角度來實 現(xiàn)對信息的安全顯示，其中，在第二模式中，應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)自由的、盡可能在看視角度方面不受 限的視域。發(fā)光裝置應(yīng)當(dāng)能夠利用簡單的手段成本低廉地實施。在兩種運行模式中，應(yīng)當(dāng)可 以看到盡可能高的分辨率，特別優(yōu)選的是所用顯示屏原本的分辨率。另外，通過這種解決方 案應(yīng)當(dāng)僅引起盡可能低的光損耗。
[0013] 本發(fā)明的目的按照本發(fā)明通過如下的發(fā)光裝置來實現(xiàn)，這種發(fā)光裝置能夠以至少 兩種運行方式:針對自由看視模式的B1和針對受限看視模式的B2來運行，包括：
[0014] 呈平面式伸展的背光裝置，這種背光裝置按照針對受限的看視模式的運行方式B2 將光出射到受限的角度范圍內(nèi)，其中，從背光裝置發(fā)出的光沿至少一個相對于背光裝置的 面法線成大于45°的角度設(shè)置的方向、以最大光強度的最多10%出射，
[0015]沿看視方向在背光裝置前方安置的板狀的光學(xué)元件，以及
[0016] 發(fā)光機構(gòu)，發(fā)光機構(gòu)沿側(cè)向布置在光學(xué)元件的窄邊上，
[0017] 其中，
[0018] 光學(xué)元件設(shè)計為光導(dǎo)體，光導(dǎo)體由底板合成材料A和均勻分布于其上的由聚合物B 組成的散射顆粒組成，
[0019] 由聚合物B組成的散射顆粒與底板合成材料A的重量百分比為0.01至3，
[0020]聚合物B的折射率nD(B)以至少0.01個單位高于底板合成材料A的折射率nD(A)，以 及
[0021]光導(dǎo)體對于從背光裝置中發(fā)出的光至少80%是透明的或者說透過性的，
[0022]使得從發(fā)光機構(gòu)中沿側(cè)向射入光學(xué)元件的光針對模式B1中自由的視域范圍沿相 對于背光裝置的面法線成大于45°的角度設(shè)置的方向、以最大光強度的至少20%出射， [0023]在運行方式B2中，背光裝置接通，發(fā)光機構(gòu)關(guān)斷，在運行方式B1中，發(fā)光機構(gòu)接通， 背光裝置關(guān)斷。
[0024] 所述的底板合成材料A優(yōu)選與聚合物B是不相容的。
[0025] 在此，板狀的光學(xué)元件由兩個彼此相對置的、彼此平行布置的大平面構(gòu)成。特別是 在此排除了楔形的結(jié)構(gòu)。兩個大平面由四個窄邊圍成，這四個窄邊被用于將從發(fā)光機構(gòu)出 射的光耦合輸入到光學(xué)元件中。散射顆粒均勻分布，由此，光學(xué)元件不具備不均勻的光學(xué)結(jié) 構(gòu)。
[0026]通過對由具有均勻分布于其中的聚合物散射顆粒的底板合成材料構(gòu)造的光學(xué)元 件的上述配置，使得在光學(xué)元件中以及在整個發(fā)光裝置中不發(fā)生或者僅以可忽略的程度發(fā) 生如下情況:發(fā)出自背光裝置并且原來出射到受限的角度范圍的光變換成出射到不受限的 角度范圍的光。
[0027]從背光裝置發(fā)出的光在運行狀態(tài)B2中沿至少一個相對于面法線以大于45°的角度 設(shè)置的方向、以最大光強度的最高10%出射。上述方向可以按照投影到面上的方式、關(guān)于觀 察者而言例如處在水平面中，這樣，光的出射則按照合理方式在水平面中受限。也就是光的 出射不一定在與水平面垂直的豎向面中受限，其中，反過來的設(shè)計方案也是可以考慮的。在 出射范圍受限與出射范圍不受限之間的過渡可以連續(xù)或離散地實現(xiàn)。在優(yōu)選的簡便制造的 設(shè)計方案中，在運行模式B2中朝向受限的角度范圍實現(xiàn)出射，但在朝向所有相對于背光裝 置的面法線成大于45°的角度設(shè)定的所有方向上、也就是在45°角錐形體之外的方向上以最 大光強度的最高10%出射，以便盡可能全面限制需要保護的信息的安全性。
[0028]換言之，能夠以至少兩種運行方式B1、B2運行的發(fā)光裝置包括：
[0029] 呈平面式伸展的背光裝置，其以如下的出射特征發(fā)光，沿相對于背光裝置的面法 線成大于45°的角度設(shè)置的方向、以最大光強度的最多10%出射，
[0030] 沿觀察方向在背光裝置前面設(shè)置的光學(xué)元件，所述光學(xué)元件對于從背光裝置中發(fā) 出的光至少80%是透明的或者說透過性的，并且所述光學(xué)元件對于從發(fā)光機構(gòu)沿側(cè)向以相 對于其面法線呈超出80°的角度入射的光折轉(zhuǎn)到盡可能大的角度范圍中，使得沿相對于背 光裝置的面法線成大于45°的角度設(shè)置的方向、以最大光強度的至少20%出射
[0031] 光學(xué)元件如上所述設(shè)計為光導(dǎo)體，
[0032] 在運行方式B2中，背光裝置接通，但發(fā)光機構(gòu)不接通，在運行方式B1中，發(fā)光機構(gòu) 接通，但背光裝置不接通。
[0033] 原則上，當(dāng)前面介紹的參數(shù)在確定的邊界中變化時，本發(fā)明的設(shè)計方案保持發(fā)揮 作用。這樣，背光裝置例如能夠以如下的出射特征發(fā)光，使得沿相對于背光裝置的面法線成 大于10. .45°的角度設(shè)置的方向、最多以最大光強度的至少0. .20%出射。
[0034]此外，沿觀察方向在背光裝置前面設(shè)置的光學(xué)元件(其對于從背光裝置發(fā)出的光 至少80%或者還以小于80 % (例如70%或者甚至僅50 % )是透明的或者說是透過性的）還可 以將從發(fā)光機構(gòu)中沿側(cè)向以相對于其面法線呈超出80°的角度入射的光折轉(zhuǎn)到盡可能大的 角度范圍中，使得沿相對于背光裝置的面法線成大于10..70°的角度設(shè)置的方向、至少以最 大光強度的至少10.. 70 %出射。
[0035] 另外需要注意的是，從發(fā)光機構(gòu)沿側(cè)向入射到光學(xué)元件中的光對于自由的視域范 圍、也就是在模式B1中，沿相對于背光裝置的面法線成大于10..45°的角度設(shè)置的方向、以 最大光強度的至少20%出射，而當(dāng)然沿相對于背光裝置的面法線成小于45°的角度設(shè)置的 方向、也以更大比例的光出射或者說耦合輸出，使得總體上非常大的角度范圍（在最佳情況 下例如光學(xué)元件前面的半空間)都被照亮。
[0036] 光學(xué)元件(也就是光導(dǎo)體)中的散射顆粒形成相應(yīng)的光耦合輸出結(jié)構(gòu)。
[0037] 背光裝置能夠有利地設(shè)計為側(cè)光、邊光、直接LED背光、邊緣LED背光，0LED或其他 平面發(fā)光裝置。背光裝置也可以是暗場發(fā)光裝置。
[0038] 背光裝置例如是典型的背光(邊緣背光、直接LED背光等），將常設(shè)的看視保護過濾 器，也稱為隱私過濾器(例如3M?的Vikuiti?)，以便消減光的出射特征，使得光基本上僅以 受限的空間角度出射。
[0039]而特別優(yōu)選的是，背光裝置替代常設(shè)的隱私過濾器包括至少一個用于使光準(zhǔn)直化 的光學(xué)層，以便實現(xiàn)從光學(xué)層發(fā)出的光的角度受限的出射特征。在此，例如可以是指兩個 3M?的型號為"Optical Lighting Film"（0LF)Typ2301(2301 型）的交叉的層。
[0040] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)還包括發(fā)光裝置如前所述的用途，其中，在發(fā)光裝置前面布置 透射式的成像裝置，例如LCD面板，使得在模式B1中，也就是在自由的看視模式中，在成像裝 置上顯示的圖基本上從每個相對于成像裝置的中垂線傾斜最多90°的方向都是可見的，并 且在模式B2中，也就是在受限的看視模式中，在成像裝置上顯示的圖基本上僅從相對于成 像裝置的中垂線傾斜最多45°的方向是可見的。
[0041] 角度范圍可以根據(jù)部件的如下所述的設(shè)計方案發(fā)生波動。在一定的應(yīng)用中，在從 大角度(例如相對于成像裝置的中垂線超出45°時)斜向看視時，允許有一定的剩余光。發(fā)光 機構(gòu)例如可以是LED或激光二極管。其他設(shè)計方案也是可行的。
[0042]最后，還可以給出其他模式，例如運行模式B3,其中，分別有兩個部件被接通，也就 是背光裝置還有發(fā)光機構(gòu)。當(dāng)使用處在模式B3中的、具有發(fā)光機構(gòu)的背光裝置時，獲得特別 明亮的圖像，這種圖像朝向邊緣變得更暗。也可以考慮其他運行模式，例如對于背光裝置還 有發(fā)光機構(gòu)具有經(jīng)調(diào)光的發(fā)光數(shù)值。此外，也可以考慮模式之間(特別是模式B1與模式B2之 間或者反過來)的過渡漸變地切換，例如此時，在很短的時間過程中、例如超過1至2秒，將背 光裝置的亮度調(diào)為零，而同時將發(fā)光機構(gòu)的亮度調(diào)高為最大值或者一定數(shù)值，或者反過來 也可以。在應(yīng)用具有成像裝置的本發(fā)明時，在自由的看視模式與受限的看視模式之間進行 舒適的過渡。因此，在優(yōu)選的設(shè)計方案中，發(fā)光裝置包括電子控制裝置，電子控制裝置相應(yīng) 漸變地控制運行模式B1與B2(或者反過來)之間的過渡。
[0043] 另外，本發(fā)明還能夠以如下有利方式設(shè)計：
[0044] 形成光學(xué)元件的光導(dǎo)體例如可以由Evonik LD12 8N或Evonikp乙；E}0GLAS?LED 薄膜 15950/99/1-3 構(gòu)造。
[0045] 此外，合理的是:從至少兩個側(cè)面(優(yōu)選為相對置的側(cè)面）的在側(cè)向布置的發(fā)光機 構(gòu)執(zhí)行光的耦合輸入。
[0046]借助于在光學(xué)元件的朝向背光裝置的側(cè)面上的部分反射，能夠在總體上實現(xiàn)更好 的光獲得率，這是因為朝向背光裝置射出的光再度反射回到可被利用的光的方向。
[0047]在優(yōu)選的設(shè)計方案中，光學(xué)元件在其朝向背光裝置的側(cè)面上部分反射，其中，反射 的強度在面上而改變，以便在運行方式B1(自由看視模式）中，對從光學(xué)元件中耦合輸出的 光的在面上所出現(xiàn)的亮度差異加以平衡。亮度差異基于不均勻的發(fā)光而發(fā)生，這種不均勻 的發(fā)光與僅在側(cè)面布置的發(fā)光機構(gòu)有關(guān)，在面的中心，所示的內(nèi)容比更靠近發(fā)光機構(gòu)的邊 緣上更暗。這種變化可以按照不同方式執(zhí)行。一方面，反射強度(也就是反射與透射的比例） 能夠連續(xù)變化地選定，使得反射在出射的光的亮度最低的地方是最強度?？商鎿Q地，也可以 規(guī)定出相對于最大亮度的亮度極限值，并且僅在亮度未經(jīng)反射落到所規(guī)定的極限值以下的 區(qū)域中，執(zhí)行部分反射，也就是將朝向一個方向透過性的層施加到光學(xué)元件上。這種變型是 較為成本低廉的。
[0048] 此外，在透射式的成像裝置的背面上的部分反射對于使從光學(xué)元件中獲得的光進 一步均勻化是非常有利的。這種部分反射也可以為了平衡亮度差異而類似于光學(xué)元件上的 部分反射而變型地設(shè)計或者僅分區(qū)域地施加。
[0049] 當(dāng)光學(xué)元件為了更好的耦合輸出而借助于多個凹陷部以激光設(shè)計結(jié)構(gòu)的話，能夠 獲得其他在光產(chǎn)率方面的改進方案，其中，凹陷部不大于250μπι，以便a)不可見，以及b)不會 使從背光裝置發(fā)出的、在角度上受限的光發(fā)生散射。在此，凹陷部能夠具備改變的面積設(shè)定 或者梯度式分布地布置在光學(xué)元件上。
[0050] 可替換或作為補充地可行的是，光學(xué)元件是具有集成的棱鏡的板狀光導(dǎo)體，其中， 在表面上，耦合輸出光的微型棱鏡凹陷地整合于光導(dǎo)體中，微型光導(dǎo)體分別設(shè)計為錐形。
[0051] 有利的是，已經(jīng)基于設(shè)計準(zhǔn)直化的背光被以如下方式設(shè)計為背光裝置(也就是光 源），使得其發(fā)出的光僅出射到前面介紹的、受限的角度范圍內(nèi)。另外，有利的是，始終由相 同的光源(例如在側(cè)向布置的發(fā)光機構(gòu)）用于兩種模式。這樣，光針對在兩種運行方式B1和 B2之間的變換例如借助于光電子或光機械開關(guān)，一方面被耦合輸入到光學(xué)元件中，以及一 方面被耦合輸入到背光裝置中。在這里例如考慮作為開關(guān)的例如是遮光片或機械變換裝置 (如能翻轉(zhuǎn)的鏡面）。也可以將發(fā)光機構(gòu)分兩行地構(gòu)造，其中，則分別僅接通所需要的或相應(yīng) 的行。當(dāng)發(fā)光裝置也具有上面介紹的第三運行模式B3時，后面的變型是特別有利的。
[0052]另外，所需要的或所允許的、針對視域受限的模式B2的出射裝置分別針對水平和 豎直的方向彼此獨立地限定和實施。例如當(dāng)對于取款機，應(yīng)當(dāng)被具有不同身高的人看到，但 從側(cè)向的看視應(yīng)當(dāng)大大受限時，沿豎向壁沿水平方向更大的角度可以是很有作用的。
[0053] 在另一有利的構(gòu)造方案中，發(fā)光裝置包括控制裝置，所述控制裝置在自由看視的 運行方式B1中，對在從光學(xué)元件中耦合輸出的光在面上的亮度差異，借助于對在透射式的 成像裝置上顯示的圖像內(nèi)容進行與亮度差異互補的控制來加以平衡，使得在透射式的成像 裝置上能夠看到就亮度而言基本均勻的圖像。換言之:在從光學(xué)元件中耦合輸出時，會產(chǎn)生 亮度差異(例如對于觀察者而言在一個方向上(例如水平方向上)或者在多個方向上(例如 在水平和豎直方向上)或者沿傾斜的方向出現(xiàn)梯度），或者也產(chǎn)生亮斑，所顯示的圖像得到 相應(yīng)地調(diào)光。在測量出亮度差異之后，可以對此例如獲得相對亮度的以固定的系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化 的倒數(shù)值，也就是基于其中最高的相對亮度等于1的數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化亮度，分別在圖中相應(yīng)部 位上的亮度值與這些數(shù)值相乘。然后，最暗的部位不被調(diào)暗，最亮的部位被最大程度地調(diào) 暗。
[0054] 不言而喻的是，前面提到的以及后面還有闡釋的特征能夠不僅以所給出的組合使 用，而且也能夠以其他組合或者單獨使用，而不離開本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0055] 下面借助于示出本發(fā)明關(guān)鍵特征的附圖詳細闡述本發(fā)明。其中：
[0056] 圖1示出針對將沿側(cè)向耦合輸入光學(xué)元件的光耦合輸出到最大可能的空間角中的 原理簡圖；
[0057] 圖2示出針對使從背光裝置發(fā)出的光透射光學(xué)元件的原理簡圖；
[0058]圖3示出按照自由看視模式的第一運行方式B1的發(fā)光裝置的原理簡圖，其中，最大 可能的空間角被照亮，在這里，發(fā)光裝置與成像裝置一同使用；
[0059]圖4示出按照受限看視模式的第二運行方式B2中的發(fā)光裝置的原理簡圖，其中，受 限的空間角被照亮，在這里，發(fā)光裝置與成像裝置一同使用；
[0060]圖5示出針對從光學(xué)元件中耦合輸出的光的相對亮度的圖線，以及
[0061]圖6示出針對需要顯示的圖像的以根據(jù)圖5的情況為基礎(chǔ)的亮度修正值的圖線。
[0062]上述圖并不是忠實于比例，僅是反應(yīng)原理的圖示。
【具體實施方式】
[0063] 在圖1中示出將光耦合輸出到最大可能的空間角中的原理簡圖，所述光沿側(cè)向從 發(fā)光機構(gòu)4中耦合輸入到光學(xué)元件3中，光學(xué)元件在這里僅以剖視圖作為小截面圖示出。小 點表現(xiàn)的是作為光散射顆粒的散射顆粒，這里的光沿側(cè)向從發(fā)光機構(gòu)4中耦合輸入?；谌?反射，使耦合輸入的光線在外壁上再度返回到光導(dǎo)體中，直至光線最后達到所需要的耦合 輸出的散射顆粒。圖1中的圖示為了更好理解而大大象征性表現(xiàn);實際上在光學(xué)元件3中存 在非常大量的光程。
[0064] 圖2示出發(fā)出自背光裝置2的光透射光學(xué)元件3的原理簡圖。在此，散射顆粒的作用 可以忽略，因為光從背光裝置2中有針對性地發(fā)出，并且不會或幾乎不會通過光導(dǎo)體中的全 反射而來回折轉(zhuǎn)。
[0065]圖3給出按照第一運行方式B1(自由看視模式）的發(fā)光裝置1的原理簡圖，其中，最 大可能的空間角被照亮，發(fā)光裝置1在這里連同成像裝置5-起應(yīng)用。圖4示出按照受限看視 模式的第二運行方式B2的發(fā)光裝置1，其中，僅受限的空間角被照亮。
[0066]能夠按照至少兩種運行方式B1、B2運行的發(fā)光裝置1包括：
[0067] 平面狀伸展的背光裝置2,其按照受限看視模式的運行方式B2將光出射到受限的 角度范圍中，其中，從背光裝置2中發(fā)出的光沿至少一個相對于背光裝置2的面法線成大于 45°的角度設(shè)置的方向、以最大光強度的最多10%出射，
[0068] 沿觀察方向設(shè)置在背光裝置2前面的、平板狀光學(xué)元件3,以及 [0069]發(fā)光機構(gòu)4,所述發(fā)光機構(gòu)沿側(cè)向布置在光學(xué)元件3的窄邊上，
[0070]其中，光學(xué)元件3設(shè)計為光導(dǎo)體，光導(dǎo)體由底板合成材料A和均勻分布于其上的由 聚合物B構(gòu)成的散射顆粒組成，
[0071 ]由聚合物B組成的散射顆粒與底板合成材料A的重量百分比為0.01至3，
[0072]聚合物B的折射率nD(B)以至少0.01個單位高于底板合成材料A的折射率nD(A)，以 及
[0073]光導(dǎo)體對于從背光裝置2中發(fā)出的光至少80%是透明的或者說透過性的，
[0074]使得從發(fā)光機構(gòu)4中沿側(cè)向射入光學(xué)元件3的光針對模式B1中自由的視域范圍沿 相對于背光裝置2的面法線成大于45°的角度設(shè)置的方向、以最大光強度的至少20%出射， [0075]在運行方式B2中，背光裝置2接通，發(fā)光機構(gòu)4關(guān)斷，在運行方式B1中，發(fā)光機構(gòu)4接 通，背光裝置2關(guān)斷。
[0076]通過對由具有均勻分布于其中的聚合物散射顆粒的底板合成材料構(gòu)造的光學(xué)元 件3的上述配置，使得在光學(xué)元件3中以及在整個發(fā)光裝置1中不發(fā)生或者僅以可忽略的程 度發(fā)生如下情況:發(fā)出自背光裝置2并且原來出射到受限的角度范圍的光變換成出射到不 受限的角度范圍的光。
[0077]對此，需要注意的是，從發(fā)光機構(gòu)沿側(cè)向入射到光學(xué)元件3中的光對于在模式B1中 的自由的視域范圍，沿相對于背光裝置2的面法線成大于45°的角度設(shè)置的方向、以最大光 強度的至少20%出射，而當(dāng)然沿相對于背光裝置2的面法線成小于45°的角度設(shè)置的方向、 也以更大比例的光出射或者說耦合輸出，使得總體上非常大的角度范圍（在最佳情況下例 如光學(xué)元件3前面的半空間)都被照亮。
[0078]針對自由看視范圍的第一運行方式B1則允許在成像裝置5(例如LCD面板)上能夠 以完全的分辨率從盡可能大的空間角看到圖像。反過來，在針對受限的看視范圍的第二運 行方式B2中表現(xiàn)為：成像裝置5上的圖像同樣以完全的分辨率，但僅能從受限的空間角看 到，這對應(yīng)的是隱私的觀察模式(所謂的看視保護模式或隱私模式）。根據(jù)針對發(fā)光角的參 數(shù)的設(shè)計方案的不同，在成像裝置5上顯示的圖像的可見范圍也相應(yīng)在空間角中被受限地 看到。在未示出的第三運行方式B3中，背光裝置2還有發(fā)光機構(gòu)4可以被接通，以便顯示盡可 能明亮的圖像。
[0079]發(fā)光裝置1能夠在諸多方面做出改變，以便獲得所希望的效果。
[0080] 背光裝置2能夠有利地設(shè)計為側(cè)光、邊緣光、直接LED背光、邊緣LED背光、0LED或者 其他平面發(fā)光裝置。此外可行的是，背光裝置2是暗場發(fā)光裝置。但特別優(yōu)選的是，背光裝置 2在這里是典型的背光發(fā)光裝置，也就是基于邊緣光、直接LED背光等的背光發(fā)光裝置，將常 設(shè)的隱私過濾器(例如3M?的Vikuiti?)施加到這種背光發(fā)光裝置上，以便以如下方式削減 光的出射特征，使得光基本上僅被出射到受限的空間角中。
[0081] 在一定的應(yīng)用中，在相對于成型裝置5的中垂線從很大的角度(例如超過45°)斜向 看視時允許一定量的剩余光。這種發(fā)光機構(gòu)4例如可以是LED或者激光二極管。其他設(shè)計方 案是可行的。
[0082] 有利的是，在自由看視的運行方式B1中，對在從光學(xué)元件3中耦合輸出的光在面上 的亮度差異，借助于對在透射式的成像裝置5上顯示的圖像內(nèi)容進行與亮度差異互補的控 制來加以平衡，使得在透射式的成像裝置5上能夠看到就亮度而言基本均勻的圖像。換言 之：在從光學(xué)元件3中耦合輸出時，會產(chǎn)生亮度差異（例如在一個或者多個方向上出現(xiàn)梯 度），或者也產(chǎn)生亮斑，所顯示的圖像得到相應(yīng)地調(diào)光。對此，在測量出亮度差異之后，可以 例如獲得相對亮度的以固定的系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的倒數(shù)值，也就是基于其中最高的相對亮度等于 1的數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化亮度，分別在圖中相應(yīng)部位上的亮度值與這些數(shù)值相乘。然后，最暗的部 位不被調(diào)暗，最亮的部位被最大程度地調(diào)暗。
[0083]與此相關(guān)地，圖5示出針對從光學(xué)元件3中耦合輸出的光的相對亮度的圖線，以及 圖6示出針對需要顯示的圖像的以根據(jù)圖5的情況為基礎(chǔ)的亮度修正值的圖線。
[0084] 根據(jù)圖5的相對亮度(通常為發(fā)光密度)簡便地通過局部測量的數(shù)值比上最高數(shù)值 (連帶著單位:一般為cd/m2或"nit(尼特)"）來實現(xiàn)。橫坐標(biāo)以"X"標(biāo)示，這在這里應(yīng)當(dāng)相當(dāng) 于光學(xué)元件3的水平方向。這樣，例如用于光耦合輸入的LED行布置在光學(xué)元件3的兩個豎向 窄邊上，以便獲得根據(jù)圖5的亮度分布。
[0085] 通過根據(jù)圖5的相對亮度形成倒數(shù)并且接著與固定系數(shù)相乘，獲得了根據(jù)圖6的、 針對沿水平方向相同的（相對)位置X的數(shù)值(但在這時處在透射式的成像裝置5上），在這里 系數(shù)例如為0.5。所述系數(shù)用于將倒數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，因為針對在成型裝置5上顯示的圖的亮度值 不允許與大于1的系數(shù)相乘，原因在于成型裝置5本身不能提高亮度。所述的系數(shù)通常是最 低的相對亮度值，但也可能有另外的選擇，以便進一步對總體圖像實現(xiàn)調(diào)光。
[0086] 當(dāng)在成型裝置5上需要顯示的圖像的亮度值在這時在局部分別在部位X上相應(yīng)地 與相對亮度的如上所述獲得的標(biāo)準(zhǔn)化的倒數(shù)值相乘時，總體圖像在模式B1中基本上就亮度 而言均勻地表現(xiàn)，因為發(fā)光方面的亮度差異通過光學(xué)元件3在圖像內(nèi)容方面已經(jīng)得到平衡。
[0087] 前面介紹的發(fā)光裝置可以有利地完全應(yīng)用于顯示和/或輸入保密的數(shù)據(jù)，例如輸 入PIN(個人識別碼)或者用于在取款機或支付終端上顯示數(shù)據(jù)或者用于輸入密碼或者讀取 手機設(shè)備上的電子郵件。
[0088] 發(fā)光裝置能夠開關(guān)，并且實現(xiàn)了至少兩個發(fā)光模式，其中一個模式僅照亮受限的 空間角，另一個模式實現(xiàn)了對盡可能大的空間角的照明。
[0089] 由此，能夠在應(yīng)用具有顯示屏的發(fā)光裝置時，通過選擇性受限的觀察角來實現(xiàn)安 全的信息顯示，其中，在第二模式中，實現(xiàn)自由的、盡可能在觀察角度方面不受限的看視。發(fā) 光裝置利用簡單的機構(gòu)成本低廉地實現(xiàn)。在兩種所介紹的模式B1和B2中，能夠看到所應(yīng)用 的顯示屏原本的完全的分辨率。另外，盡可能將光損耗保持得低。
[0090] 與現(xiàn)有技術(shù)相反，既不必須使用紫外光源，也不一定將以復(fù)雜方式角度受限的光 分布轉(zhuǎn)變成不受限的光分布，這樣的過程大大降低亮度，同時本發(fā)明也無需復(fù)雜的棱鏡或 微型透鏡結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項】
1. 一種發(fā)光裝置（1)，所述發(fā)光裝置能夠以至少兩種運行方式一一對應(yīng)于自由看視模 式的運行方式B1和對應(yīng)于受限看視模式的運行方式B2來運行，包括： 平面狀伸展的背光裝置(2)，所述背光裝置按照受限看視模式的運行方式B2將光出射 到受限的角度范圍中，其中，從背光裝置(2)中發(fā)出的光沿至少一個相對于背光裝置(2)的 面法線成大于45°的角度設(shè)置的方向、以最大光強度的最多10%出射； 沿觀察方向設(shè)置在背光裝置(2)前面的、平板狀的光學(xué)元件(3);以及 發(fā)光機構(gòu)(4 )，所述發(fā)光機構(gòu)沿側(cè)向布置在光學(xué)元件(3)的窄邊上， 其中，光學(xué)元件（3)設(shè)計為光導(dǎo)體，光導(dǎo)體由底板合成材料A和均勻分布于底板合成材 料上的由聚合物B組成的散射顆粒組成， 由聚合物B組成的散射顆粒與底板合成材料A的重量百分比為0.01至3， 聚合物B的折射率nD(B)以至少0.01個單位高于底板合成材料A的折射率nD(A)，以及 光導(dǎo)體對于從背光裝置(2)中發(fā)出的光至少80%是透明的或者說透過性的， 使得從發(fā)光機構(gòu)(4)中沿側(cè)向射入光學(xué)元件（3)的光針對運行方式B1中自由的視域范 圍沿相對于背光裝置(2)的面法線成大于45°的角度設(shè)置的方向、以最大光強度的至少20% 出射， 在運行方式B2中，背光裝置(2)接通，發(fā)光機構(gòu)(4)關(guān)斷，在運行方式B1中，發(fā)光機構(gòu)(4) 接通，背光裝置(2)關(guān)斷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置(1)，其特征在于，發(fā)光機構(gòu)(4)是LED或激光二極管。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光裝置（1)，其特征在于，背光裝置(2)包括至少一個用 于使光準(zhǔn)直化的光學(xué)層。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的發(fā)光裝置（1)，其特征在于，背光裝置(2)被設(shè)計 為側(cè)光、邊緣光、直接LED背光、邊緣LED背光、OLED或者設(shè)計為另一種面式發(fā)光裝置。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的發(fā)光裝置（1)，其特征在于，背光裝置(2)是背光 源，例如邊緣光或直接LED背光，在背光源上安裝有常設(shè)的隱私過濾器。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置（1)，所述發(fā)光裝置附加地能夠按照針對非常明亮的 看視模式的第三運行方式B3運行，其中，在運行方式B3中，背光裝置(2)還有發(fā)光機構(gòu)(4)都 被接通。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的發(fā)光裝置（1)，還包括：電子控制裝置，所述電子 控制裝置以如下方式漸變地控制運行模式B1與B2之間的過渡或者反過來B2與B1之間的過 渡，使得在很短的時間過程中，分別將背光裝置(2)的亮度調(diào)為零，而同時將發(fā)光機構(gòu)(4)的 亮度調(diào)高為最大值或者某一數(shù)值，或者反過來也可以。8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的發(fā)光裝置（1)，其特征在于，光學(xué)元件（3)在其朝 向背光裝置(2)的側(cè)面上是部分反射性的，其中，反射的強度為了對在從光學(xué)元件(3)中耦 合輸出的光的面上按照運行方式B1的亮度差異加以平衡而能夠改變地設(shè)計，或者僅在亮度 當(dāng)無反射的情況下降到預(yù)先規(guī)定的極限值以下的區(qū)域中，執(zhí)行部分反射。9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的發(fā)光裝置（1)，其特征在于，在發(fā)光裝置（1)前面 布置有透射式的成像裝置(5)，例如LCD面板。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光裝置（1 )，包括:控制裝置，所述控制裝置在運行方式B1 中，對在從光學(xué)元件(3)中耦合輸出的光在面上的亮度差異，借助于對在透射式的成像裝置 (5)上顯示的圖像內(nèi)容進行與亮度差異互補的控制來加以平衡，使得基本上就亮度而言均 勻的圖像在透射式的成像裝置(5)上被看到。11. 一種采用根據(jù)權(quán)利要求9或10中任一項所述的發(fā)光裝置（1)輸入或顯示保密數(shù)據(jù)的 用途，保密的數(shù)據(jù)例如是PIN密碼、電子郵件、短消息或者取款機、支付終端或移動設(shè)備上的 口令密碼。
【文檔編號】G02F1/1335GK106030388SQ201580008692
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月13日
【發(fā)明人】馬庫斯·克里普斯坦恩, 約爾根·施瓦茨
【申請人】矽光學(xué)有限公司