DE102023118933B3

DE102023118933B3 - Hintergrundbeleuchtung mit einem optischen Film sowie Beleuchtungsvorrichtung und Bildschirm

Info

Publication number: DE102023118933B3
Application number: DE102023118933.6A
Authority: DE
Inventors: André HEBER
Original assignee: SiOptica GmbH
Current assignee: SiOptica GmbH
Priority date: 2023-07-18
Filing date: 2023-07-18
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2043-07-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hintergrundbeleuchtung (13), welche flächenartig ausgedehnt ist, Licht abstrahlt und einen optischen Film zur Kontrolle und Beschränkung eines Blickwinkelbereichs eines Betrachters aufweist. Dieser optische Film umfasst aus der Richtung eines Betrachters gesehen eine erste Polarisationsschicht (1) mit einer ersten Absorptionsachse, welche mit einer Oberflächennormalen des optischen Films einen Winkel von 0° bis 30° einschließlich einschließt, mindestens eine phasenverschiebende Kompensationsschicht zur Verbesserung der Beschränkung des Blickwinkelbereichs und eine zweite Polarisationsschicht (2) mit einer zweiten Absorptionsachse, welche parallel zu der Oberfläche des optischen Films orientiert ist.Erfindungsgemäß sind verschiedene Ausgestaltungen und Kombinationen räumlich homogen ausgebildeter Kompensationsschichten aus uniaxial oder biaxial doppelbrechenden Materialien vorgesehen, wobei die Materialien und Dicken der Kompensationsschichten so vorgegeben sind, dass in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich, der - abgesehen von einem ausgesparten Kegel entlang der Blickrichtung - nicht den ganzen Halbraum umfasst, die Leuchtdichte minimal ist.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Hintergrundbeleuchtung, welche flächenartig ausgedehnt ist, Lichtabstrahlt und einen optischen Film zur Kontrolle und Beschränkung eines Blickwinkelbereichs eines Betrachters aufweist. Ein solcher Film umfasst eine erste Polarisationsschicht mit einer ersten Absorptionsachse, welche mit einer Oberflächennormalen des optischen Films einen Winkel von 0° bis 30° einschließlich einschließt und eine zweite Polarisationsschicht mit einer zweiten Absorptionsachse, welche parallel zu der Oberfläche des optischen Films orientiert ist. Dazwischen ist mindestens eine phasenverschiebende Kompensationsschicht zur Verbesserung der Beschränkung des Blickwinkelbereichs angeordnet. Aus Richtung eines Betrachters gesehen kann dabei entweder die erste oder die zweite Polarisationsschicht die dem Betrachter nächste Schicht bilden.
In den letzten Jahren wurden große Fortschritte zur Verbreiterung des Blickwinkelbereichs 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. Dementsprechend brauchen die Menschen eine Kontrolle darüber, wer diese sensiblen Daten sehen darf; sie müssen wählen können zwischen einem weiten Blickwinkelbereich bzw. Betrachtungswinkel - einem öffentlichen Modus -, um Informationen auf ihrem Display mit anderen zu teilen, z.B. beim Betrachten von Urlaubsfotos oder auch für Werbezwecke. Andererseits benötigen sie einen kleinen Blickwinkelbereich bzw. Betrachtungswinkel - in einem privaten Modus -, wenn sie die Bildinformationen vertraulich behandeln wollen.
Eine ähnliche Problemstellung ergibt sich im Fahrzeugbau: Dort darf der Fahrer bei eingeschaltetem Motor nicht durch Bildinhalte, wie etwa digitale Unterhaltungsprogramme, abgelenkt werden, während der Beifahrer diese jedoch auch während der Fahrt konsumieren möchte. Mithin wird ein Bildschirm benötigt, der zwischen den entsprechenden Darstellungsmodi umschalten kann.
Zusatzfolien, die auf Mikro-Lamellen basieren, wurden bereits für mobile Displays eingesetzt, um deren visuellen Datenschutz zu erreichen. Allerdings waren diese Folien nicht schaltbar oder umschaltbar, 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.
Stand der Technik
Die US 6,765,550 B2 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.
In der US 5,993,940 A wird der Einsatz einer Folie beschrieben, die auf ihrer Oberfläche gleichmäßig angeordnete, kleine streifenförmige Prismen hat, um einen privaten Modus, d.h. einen eingeschränkten Sichtmodus mit einem kleinen Betrachtungswinkelbereich, zu erzielen. Entwicklung und Herstellung sind technisch recht aufwendig.
In der WO 2012/033583 A1 wird die Umschaltung zwischen freier und eingeschränkter Sicht vermittels der Ansteuerung von Flüssigkristallen zwischen sogenannten „chromonischen“ Schichten erzeugt. Hierbei entsteht ein Lichtverlust und der technische Aufwand ist recht hoch.
Die US 2012/0235891 A1 beschreibt ein sehr aufwendiges Backlight - eine Hintergrundbeleuchtung - 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 technisch aufwendig umzusetzen und ebenso mit Lichtverlust verbunden. Gemäß der Variante nach 17 in der US 2012/0235891 A1 produzieren beide Lichtquellen 4R und 18 Licht mit einem schmalen Beleuchtungswinkel, wobei das Licht von der hinteren Lichtquelle 18 erst aufwendig in Licht mit einem großen Beleuchtungswinkel umgewandelt wird. Diese komplexe Umwandlung ist - wie weiter oben schon bemerkt - stark helligkeitsmindernd.
Gemäß der JP 2007-155783 A werden spezielle, aufwendig 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.
In der US 2013/0308185 A1 wird ein spezieller, mit Stufen ausgebildeter Lichtleiter beschrieben, der Licht auf einer Großfläche in verschiedene Richtungen abstrahlt, je nachdem, aus welcher Richtung er von einer Schmalseite aus beleuchtet wird. Im Zusammenspiel mit einem transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung, z.B. einem LC-Display, kann somit ein zwischen freiem und eingeschränktem Sichtmodus schaltbarer Bildschirm erzeugt werden. Nachteilig ist hierbei u.a., dass der eingeschränkte Sichteffekt entweder nur für links/rechts oder aber für oben/unten, nicht aber für links/rechts/oben/unten gleichzeitig erzeugt werden kann, wie es etwa für bestimmte Zahlungsvorgänge nötig ist. Hinzu kommt, dass auch im eingeschränkten Sichtmodus aus blockierten Einblickwinkeln immer noch ein Restlicht sichtbar ist.
Die WO 2015/121398 A1 der Anmelderin beschreibt einen Bildschirm mit zwei Betriebsarten, bei dem für die Umschaltung der Betriebsarten Streupartikel im Volumen des entsprechenden Lichtleiters vorhanden sind. Die dort gewählten Streupartikel aus einem Polymerisat weisen jedoch in der Regel den Nachteil auf, dass Licht aus beiden Großflächen ausgekoppelt wird, wodurch etwa die Hälfte des Nutzlichtes in die falsche Richtung, nämlich zur Hintergrundbeleuchtung hin, abgestrahlt und dort aufgrund des Aufbaus nicht in hinreichendem Umfang recycelt werden kann. Überdies können die im Volumen des Lichtleiters verteilten Streupartikel aus Polymerisat unter Umständen, insbesondere bei höherer Konzentration, zu Streueffekten führen, die den Sichtschutzeffekt in der geschützten Betriebsart vermindern.
Der Ansatz der Technologie der „Elektrischen Doppelbrechung (EDB)“ beruht auf der Idee, die schaltbaren Flüssigkeitskristalle eines zusätzlich aufgebrachten LC-Panels zur „Filterung“ aller nicht in einem bestimmten Abstrahlwinkel aus der bildgebenden Schicht austretenden Lichtstrahlen zu nutzen. Nachteile dieser Technologie sind ein hoher zusätzlicher Energie- und Kostenaufwand und der schwer veränderbare +/-40° Sweet Spot, d.h. die bestmögliche Blickposition. Der Absorptionsgrad der LC-Strukturen ist ebenfalls unzureichend, da die Abschwächung der Lichtintensität für Betrachtungswinkel größer des Sweetspots wieder ansteigt, so dass die Lichtintensität für Betrachtungswinkel größer als +/-40° bis zu 3% von der maximalen Lichtintensität beträgt.
In der US 2019/0094626 A1 wird ein optischer Schichtaufbau zur Kontrolle bzw. Einschränkung des Blickwinkels beschrieben, bei dem auf einem linearen Polarisator zwei Phasendifferenz-Platten als Kompensationsschichten angeordnet sind. Bei beiden Phasendifferenz-Platten handelt es sich um λ/4-Piatten mit strukturierten, optisch anisotropen, lamellen- bzw. streifenförmigen Schichten, zwischen denen jeweils ein Trägermaterial angeordnet sein kann. Sie können identisch aufgebaut sein, unterscheiden sich jedoch in der fertigen Anordnung in ihrer Orientierung. Die oberste Schicht bildet eine Polarisationsschicht, bei der die Absorptionsachsen der für die Polarisation verantwortlichen Übergangsdipolmomente in einer Richtung senkrecht zur Schichtoberfläche orientiert sind, man spricht auch von einem sogenannten „Z-Polarisator“. Bei einer solchermaßen mit Lamellen strukturierten Schicht besteht immer die Möglichkeit, dass visuelle Artefakte wie Moire-Streifen auftreten, so dass solche Schichten immer nur für Bildschirme, deren Charakteristika wie Auflösung und Abmessungen, Aperturen, Streueigenschaften, Abstand zur Bildschirmoberfläche etc. bekannt sind, verwendet werden können, jedoch nicht universell und unabhängig von den Bildschirmabmessungen eingesetzt werden können.
Den vorgenannten Verfahren und Anordnungen ist in der Regel der Nachteil gemein, dass sie die Helligkeit des Grundbildschirms deutlich reduzieren und/oder ein aufwendiges und teures optisches Element zur Modi-Umschaltung benötigen und/oder die Auflösung im frei betrachtbaren, öffentlichen Modus reduzieren und/oder visuelle Artefakte bei sehr hoch auflösenden Displays aufweisen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Einschränkung des Blickwinkelbereichs nicht vollständig ist, man mitunter mit stark verminderter Helligkeit Bildschirminhalt erkennen kann, obwohl der Blickwinkelbereich beschränkt sein soll, was sich beispielsweise bei Nachtfahrten in einem Kraftfahrzeug störend auswirkt.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Hintergrundbeleuchtung mit einem optischen Film zur Kontrolle und Beschränkung eines Blickwinkelbereichs eines Betrachters, der auf den Film - der in der Regel mit einem Bildschirm kombiniert ist - schaut, zu entwickeln, mit welchem die Einschränkung des Blickwinkelbereichs verbessert wird, so dass unbefugten Nutzern das Erspähen von geschützten Bildinhalten weiter erschwert wird, der sogenannte Privacy-Effekt also weiter verbessert wird.
Diese Aufgabe wird für eine Hintergrundbeleuchtung mit einem solchen optischen Film, mit einem Schichtaufbau wie er eingangs kurz beschrieben wurde, durch spezielle Ausgestaltungen der mindestens einen Kompensationsschicht gelöst, wobei zunächst die erste und zweite Polarisationsschicht näher erläutert werden. Die erste Polarisationsschicht weist, eine Absorptionsachse auf, welche mit einer Oberflächennormalen des optischen Films einen Winkel von 0° bis 30° einschließlich einschließt. In dem Fall, dass der Winkel 0° beträgt, die Absorptionsachse also parallel zur Oberflächennormalen bzw. senkrecht zur Filmoberfläche ist, handelt es sich um einen sogenannten „Z-Polarisator“. Im Falle davon abweichender Winkel innerhalb des oben genannten Bereichs bis zu 30° wird im Folgenden auch die Notation „Z*-Polarisator“ verwendet. Die Absorption der ersten Polarisationsschicht ist in der Regel statisch, kann aber auch schaltbar ausgestaltet sein, so dass die winkelabhängige Absorption ein- und ausschaltbar ist. Die zweite Polarisationsschicht weist eine zweite Absorptionsachse auf, wobei die zweite Absorptionsachse parallel zu der Oberfläche des optischen Films orientiert ist. Es handelt sich bei der zweiten Polarisationsschicht also um einen konventionellen linearen Polarisator. Zwischen der ersten Polarisationsschicht und der zweiten Polarisationsschicht ist mindestens eine phasenverschiebende Kompensationsschicht zur Verbesserung der Beschränkung des Blickwinkelbereichs angeordnet. Dabei ist kann sowohl die erste als auch die zweite Polarisationsschicht einem Betrachter am nächsten angeordnet sein. Alle Schichten sind zweckmäßig fest miteinander verbunden, beispielsweise stoffschlüssig, durch Verschweißen oder durch optische Klebung.
Zum einfacheren Verständnis wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit im Folgenden in der Regel davon ausgegangen, dass die Oberfläche des Films in einem kartesischen Koordinatensystem, welches durch eine x-Richtung, eine y-Richtung und eine z-Richtung aufgespannt wird, in einer Ebene liegt, welche parallel zu einer durch die x-Richtung und die y-Richtung aufgespannten xy-Ebene liegt. Entsprechend liegt dann die Oberflächennormale parallel zu der z-Richtung.
Zur Verbesserung des Privacy-Effekts, d.h. zur Verbesserung der Beschränkung des Blickwinkelbereichs kann die mindestens eine phasenverschiebende Kompensationsschicht grundsätzlich auf zwei Weisen ausgestaltet werden. In einer ersten Alternative - welche im Folgenden auch als Alternative i. bezeichnet wird - ist zwischen der ersten Polarisationsschicht und der zweiten Polarisationsschicht eine erste B*-Kompensationsschicht angeordnet, welche aus einem ersten, biaxial doppelbrechenden Material besteht. Ein biaxial doppelbrechendes Material weist zwei optische Achsen und drei Hauptbrechachsen auf und jeder der drei Hauptbrechachsen ist eineindeutig, also bijektiv, ein Brechungsindex n_x, n_y, n_z zugeordnet ist. Dabei liegt - in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der ersten B*-Kompensationsschicht und der Lage ihrer optischen Achsen - entweder die Hauptbrechachse, zu welcher der kleinste Brechungsindex korrespondiert, oder die Hauptbrechachse, zu welcher der größte Brechungsindex korrespondiert, parallel zur ersten Absorptionsachse. Die erste B*- Kompensationsschicht erfüllt dabei die Bedingung $Δ p h = \frac{2 π}{λ} d \cdot | n_{x} - n_{y} | < 2 π$
wobei d die Dicke der ersten Kompensationsschicht bezeichnet, Δph eine Phasenverschiebung, welche durch die erste B*-Kompensationsschicht verursacht wird, und λ eine grundsätzlich beliebig vorgegebene Wellenlänge, bei der die Bedingung erfüllt sein soll. Dadurch wird eine obere Grenze für die Phasenverzögerung der B*-Kompensationsschicht definiert, welche indirekt dadurch auch eine maximale Dicke festlegt.
In einer zweiten Alternative - welche im Folgenden auch als Alternative ii. bezeichnet wird - sind zwischen der ersten und der zweiten Polarisationsschicht hingegen mindestens zwei Kompensationsschichten aus uniaxial doppelbrechenden Materialien angeordnet, wobei eine erste, räumlich homogene A*-Kompensationsschicht aus einem ersten uniaxial doppelbrechenden Material mit einer ersten optischen Achse und zwei ersten voneinander verschiedenen Hauptbrechachsen besteht, wobei die erste optische Achse, die mit einer der ersten Hauptbrechachsen zusammenfällt, senkrecht oder parallel zur ersten Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht liegt. Aus der Richtung eines Betrachters gesehen dahinter ist eine zweite, räumlich homogene A*-Kompensationsschicht angeordnet, welche aus einem zweiten uniaxial doppelbrechenden Material mit einer zweiten optischen Achse und zwei zweiten Hauptbrechachsen besteht, wobei die zweite optische Achse des zweiten Materials, die mit einer der zweiten Hauptbrechachsen zusammenfällt, senkrecht zur ersten optischen Achse des ersten Materials liegt. Die optischen Achsen der uniaxialen Materialien werden auch als außerordentliche Achsen bezeichnet.
„Räumlich homogen" meint dabei, dass die jeweilige Kompensationsschicht in ihrem Inneren bzw. über die Fläche parallel zur Oberfläche des optischen Films keine Strukturierung aufweist und über die gesamte Fläche daher das gleiche Verhalten zeigt, anders als beispielsweise in der US 2019/0094626 A1 . Um zu vermeiden, dass bei solchermaßen lamellenförmig strukturierten Schichtkörpern Moire-Streifen auftreten, muss der Schichtaufbau bei einer Ausgestaltung gemäß der US 2019/0094626 A1 für jede Konfiguration an die Auflösung, Abstände, Aperturen, Oberflächen, Streueigenschaften speziell angepasst werden, was die Herstellung kostspielig macht. Im Gegensatz dazu lassen sich die erfindungsgemäßen optischen Filme mit den räumlich homogen ausgebildeten Kompensationsschichten universal für verschiedene Bildschirmgrö-ßen und Bildschirmauflösungen einsetzen, ohne speziell daran angepasst werden zu müssen.
Jede der beiden A*-Kompensationsschichten erfüllt dabei die Bedingung $Δ p h = \frac{2 π}{λ} d \cdot | n_{e} - n_{o} | < 2 π$
wobei d die Dicke der jeweiligen A*-Kompensationsschicht bezeichnet, n_e die außerordentliche Brechzahl und n_o die ordentliche Brechzahl. Δph bezeichnet eine Phasenverschiebung, welche durch die erste bzw. zweite A*-Kompensationsschicht jeweils für sich genommen verursacht wird, und λ eine grundsätzlich beliebig vorgegebene Wellenlänge, bei der die Bedingung erfüllt sein soll.
In beiden Alternativen sind die Materialien und die Dicken d der Kompensationsschichten so vorgegeben, dass - gemessen in einem Kugelkoordinatensystem, welches seinen Ursprung auf der Oberfläche des Films und in der Ebene des Films hat - ausschließlich in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich R die Leuchtdichte minimal ist. Der Raumwinkelbereich R umfasst nur einen Teil des möglichen, wahrnehmbaren Halbraumes, nämlich zum einen Azimutalwinkel φ, für welche |φ| bzw. |180° - φ| kleiner als der Betrag eines vorgegebenen Grenzazimutalwinkels φ_lim ist, gemessen in Bezug auf eine Vorzugsrichtung in der Ebene der Oberfläche des Films. Die Wahl der Vorzugsrichtung ist grundsätzlich beliebig, erfolgt jedoch in Abhängigkeit von der Verwendung des optischen Films. Wird dieser optische Film beispielsweise in einem Bildschirm mit fester Orientierung wie in einem Fahrzeug verwendet, so wird man Vorzugsrichtung so wählen, dass sie parallel zu einer gedachten Linie zwischen den Augen eines aufrecht sitzenden Fahrers, in der Regel also horizontal verläuft.
Zum anderen umfasst der Raumwinkelbereich, für den die Leuchtdichte minimal ist, Polarwinkel θ, deren Betrag größer als ein vorgegebener Grenzpolarwinkel θ_lim ist, gemessen allgemein in Bezug auf die erste Absorptionsachse und in einer Ebene, die durch die Oberflächennormale und die erste Absorptionsachse - deren Vektoren einen gemeinsamen Ursprung haben - aufgespannt wird, also alle Raumwinkel außerhalb eines Kegels mit dem Grenzpolarwinkel θ_lim um die erste Absorptionsachse, welche diesbezüglich zur „Nullachse“ wird. Sofern die Oberflächennormale und die erste Absorptionsachse parallel zueinander liegen, wird der Polarwinkel nur in Bezug auf die Oberflächennormale gemessen Wird der optische Film in einem Bildschirm wie oben beispielhaft beschrieben verwendet, so wirkt der optische Film effektiv sichtbeschränkend, da in dem genannten Raumwinkelbereich die Leuchtdichte minimal ist. Ein Betrachter, der sich in einer Position befindet, welche in Bezug auf das Kugelkoordinatensystem des optischen Films innerhalb des genannten Raumwinkelbereichs liegt, nimmt im Idealfall aufgrund der minimalen Leuchtdichte in diesem Bereich daher keine Inhalte auf dem Bildschirm wahr. Der Ausdruck „minimale Leuchtdichte“ ist dabei so zu verstehen, dass die Leuchtdichte nahezu Null beträgt, wobei die Leuchtdichte gegenüber der Leuchtdichte außerhalb des genannten Raumwinkelbereichs so stark abfällt, dass ein Betrachter im Idealfall keinen Bildinhalt wahrnehmen kann.
Um den Raumwinkelbereich noch schärfer zu definieren, also einen noch stärkeren Abfall der Leuchtdichte innerhalb gegenüber der Leuchtdichte außerhalb des genannten Raumwinkelbereichs zu erreichen, ist es bei der zweiten Alternative ii vorteilhaft, wenn zwischen der ersten und der zweiten A*-Kompensationsschicht eine dritte, räumlich homogene C*-Kompensationsschicht angeordnet ist, welche aus einem dritten uniaxial doppelbrechenden Material mit einer dritten optischen Achse und zwei dritten Hauptbrechachsen aufgebaut ist, wobei die dritte optische Achse parallel zur ersten Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht liegt.
Für einen symmetrischen Abfall der Leuchtdichte bezogen auf die Oberfläche des Films ist es zweckmäßig, wenn die erste Absorptionsachse senkrecht zur Oberfläche des Films orientiert ist. Bei Verwendung des optischen Films in einem Bildschirm, wie er oben bereits beschrieben wurde, erfährt ein Betrachter, der entlang der Oberflächennormale des Bildschirms auf diesen blickt, dann in Abhängigkeit von einer Änderung des Blickwinkels nach rechts oder links bzw. entlang der Vorzugsrichtung einen symmetrischen Abfall der Leuchtdichte zu beiden Seiten, abhängig also nur vom Betrag des Polarwinkels. Der Grenzpolarwinkel θ_lim wird dann in Bezug auf die Oberflächennormale gemessen und ist daher für alle Azimutalwinkel identisch, anders als bei der Messung in Bezug auf die erste Absorptionsachse.
Bei einer solchen Orientierung der ersten Absorptionsachse wird die erste Polarisationsschicht auch als Z-Polarisationsschicht bezeichnet. Bei davon abweichenden Lagen der ersten Absorptionsachse in dem eingangs beschriebenen Bereich wird die erste Polarisationsschicht als Z*-Polarisationsschicht bezeichnet, die Verwendung des Symbols „*“ bezeichnet hier also eine Verallgemeinerung der Z-Polarisationsschicht.
Gleichermaßen stellt die Bezeichnung A*-Kompensationsschicht eine Verallgemeinerung des Begriffs der A-Kompensationsschicht und die Bezeichnung B*-Kompensationsschicht eine Verallgemeinerung des Begriffs der B-Kompensationsschicht dar. Für die Definition der aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannten Bezeichnungen „Z-Polarisationsschicht“, „A-Kompensationsschicht“, „B-Kompensationsschicht“ wurde dabei der Artikel „Optical anisotropy conversion of retarder film made of rodlike and crosslike reactive molecules, and its dependence on the relative ratio and the orientation of the constituent molecules“ von Ho-Jin Choi et al., erschienen online in Optical Materials 99 (2020), mit der Artikel-ID 109531, zugrunde gelegt.
Sofern die erste Absorptionsachse senkrecht zur Oberfläche des Films orientiert ist, die erste Polarisationsschicht also als Z-Polarisationsschicht ausgebildet ist, ergeben sich mehrere zweckmäßige Ausgestaltungen, zwei Ausgestaltungen für die erste Alternative und eine dritte Ausgestaltung für die zweite Alternative. Grundsätzlich gilt dabei, dass sich die Orientierungen der optischen Achsen der Kompensationsschichten an der Orientierung der ersten Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht orientieren müssen, um die gewünschte Einschränkung des Sichtbereiches zu erzielen. Eine andere Lage der ersten Absorptionsachse kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn der Betrachter, beispielsweise der Fahrer eines Fahrzeugs, nicht entlang der Oberflächennormale auf den Bildschirm blickt, sondern aus einem schrägen Winkel.
In einer ersten Ausgestaltung, nach der ersten Alternative, bei der die erste Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht senkrecht zur Oberfläche des optischen Films orientiert ist und die Hauptbrechachse, zu welcher der kleinste Brechungsindex korrespondiert, parallel zur ersten Absorptionsachse liegt, ist die erste B*-Kompensationsschicht als -B-Kompensationsschicht ausgebildet. Dabei liegen die optischen Achsen in einer durch die x-Richtung und die z-Richtung aufgespannten Ebene und entsprechen die drei Hauptbrechachsen den Richtungen des kartesischen Koordinatensystems, wobei n_x > n_y > n_z ist und n_x parallel zu der zweiten Absorptionsachse der zweiten Polarisationsschicht liegt. Letztere Bedingung trifft auch bei kleinen Neigungen der ersten Absorptionsachse um bis zu etwa 10° in Bezug auf die Oberflächennormale zu, ansonsten sind die Hauptbrechachsen ebenfalls geneigt und die Lage des Koordinatensystems in x, y und z orientiert sich an der Lage der ersten Absorptionsachse, welche der z-Richtung des Koordinatensystems entspricht, wobei wesentlich ist, dass n_x senkrecht zur ersten Absorptionsachse liegt.
In einer zweiten Ausgestaltung, nach der ersten Alternative, bei der die erste Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht senkrecht zur Oberfläche des optischen Films orientiert ist und die Hauptbrechachse, zu welcher der größte Brechungsindex korrespondiert, parallel zur ersten Absorptionsachse liegt, ist die erste B*-Kompensationsschicht als +B-Kompensationsschicht ausgebildet. Dabei liegen die optischen Achsen in einer durch die y-Richtung und die z-Richtung aufgespannten Ebene und entsprechen die drei Hauptbrechachsen den Richtungen des kartesischen Koordinatensystems, wobei n_z > n_x > n_y ist und n_y parallel zu der zweiten Absorptionsachse der zweiten Polarisationsschicht liegt. Letztere Bedingung trifft auch bei kleinen Neigungen der ersten Absorptionsachse um bis zu etwa 10° in Bezug auf die Oberflächennormale zu, ansonsten sind die Hauptbrechachsen ebenfalls geneigt und die Lage des Koordinatensystems in x, y und z orientiert sich an der Lage der ersten Absorptionsachse, welche der z-Richtung des Koordinatensystems entspricht, wobei wesentlich ist, dass n_y senkrecht zur ersten Absorptionsachse liegt.
In einer dritten Ausgestaltung, nach der zweiten Alternative, bei der ebenfalls die erste Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht (1) senkrecht zur Oberfläche des optischen Films orientiert ist, sind die erste A*-Kompensationsschicht als +A-Kompensationsschicht, die zweite A*-Kompensationsschicht als -A-Kompensationsschicht, oder umgekehrt ausgestaltet. Bei Vorhandensein einer dritten, C*-Kompensationsschicht, ist diese als -C- oder +C-Kompensationsschicht ausgebildet.
Um die Fertigungskosten niedrig zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die erste und zweite A*-Kompensationsschicht identisch ausgebildet sind, d.h. beide Kompensationsschichten sind entweder als +A- oder -A-Kompensationsschicht ausgestaltet sind und weisen die gleiche Dicke auf.
Bei allen vorgenannten Ausgestaltungen kann in einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung zwischen der zweiten Polarisationsschicht und derjenigen Kompensationsschicht, welche der zweiten Polarisationsschicht am nächsten angeordnet ist, eine zwischen mindestens zwei Zuständen um schaltbare Flüssigkristallschicht angeordnet sein. Diese ist dazu ausgebildet, in einem ersten Schaltzustand von der zweiten Polarisationsschicht transmittiertes Licht mit unveränderter oder um 90° gedrehter - linearer - Polarisation zu transmittieren und in einem zweiten Schaltzustand zirkular oder elliptisch oder linear polarisiert zu transmittieren. Im ersten Schaltzustand ist die Drehung um 90° so zu verstehen, dass aus dem linear polarisierten Licht nach Durchgang durch die schaltbare Flüssigkristallschicht linear oder elliptisch polarisiertes Licht wird, wobei ein Großteil der Vektoren des elektrischen Feldes um 90° gedreht wird. Es findet also keine exakte Drehung der Polarisation um 90° statt. Die Hinzunahme der schaltbaren Flüssigkristallschicht ermöglicht es, zwischen einem Sichtschutzmodus und einem öffentlichen Modus umzuschalten, was sich dann bemerkbar macht, wenn der optische Film in einen Bildschirm integriert ist. Der oben beschriebene Abfall der Leuchtdichte in dem vorgegebenen Raumwinkelbereich ist für den optischen Film zwar permanent, kann jedoch durch die Verwendung der schaltbaren Flüssigkristallschicht wieder aufgehoben werden. Der erste Schaltzustand korrespondiert zum Sichtschutzmodus. Das Licht bleibt linear polarisiert. Der zweite Schaltzustand korrespondiert zum öffentlichen Modus, bei welchem das Licht in der Regel elliptisch polarisiert ist, abhängig von der Wahl der Flüssigkristallschicht jedoch auch anders polarisiert sein kann. Im öffentlichen Modus erfolgt kein oder nur ein geringerer Abfall der Leuchtdichte in dem vorgegebenen Raumwinkelbereich, so dass bei Verwendung der Anordnung in einem Bildschirm Bildinhalte unabhängig von der Position des Betrachters, also unbeschränkt, im Rahmen der technischen Möglichkeiten wahrnehmbar sind. Hingegen sind Bildinhalte im Sichtschutzmodus von seitlich - bezogen auf die Richtung der ersten Absorptionsachse - stehenden Personen nicht mehr wahrnehmbar. Alternativ kann die Flüssigkristallschicht auch zwischen der ersten Polarisationsschicht und der dieser am nächsten angeordneten Kompensationsschicht angeordnet sein.
Die schaltbare Flüssigkristallschicht wird in der Regel zusammen mit einer statischen ersten Polarisationsschicht verwendet, um so einen schaltbaren optischen Film herzustellen. Auf die schaltbare Flüssigkristallschicht kann jedoch auch verzichtet werden, wenn deren Funktion durch eine schaltbare erste Polarisationsschicht wahrgenommen werden kann. In diesem Fall kann die erste Polarisationsschicht beispielsweise als Flüssigkristallschicht ausgestaltet sein, in welche Farbstoffe eingebettet sind, sogenannte „Dye-LC-Zellen“. Diese sind besonders dann geeignet, wenn die erste Absorptionsachse, also die Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht, parallel zur Oberflächennormale des optischen Films ist.
Die sichtbeschränkende Wirkung in dem vorgegebenen Raumwinkelbereich, also der Abfall der Leuchtdichte bis zum Minimum in diesem Raumwinkelbereich lässt sich vorzugsweise dadurch erreichen, wenn die einzelnen Komponenten des optischen Films so aufeinander abgestimmt werden, dass in dem vorgegebenen Raumwinkelbereich R die Verlustfunktion $C_{2} = \int_{R} ln T (ϕ, θ) d Ω$
minimal ist, wobei T(φ, θ) die winkelabhängige Transmission ist und Ω den Raumwinkel bezeichnet. Es wird also der natürliche Logarithmus der winkelaufgelösten Transmission berechnet und über den Raumwinkelbereich, in welchem der Sichtschutz optimiert werden soll, integriert. Der Logarithmus stellt eine Wichtung dar, so dass Transmissionen über unterschiedliche Größenordnungen in die Optimierung einfließen. Es sind auch andere Wichtungen denkbar, beispielweise eine lineare Wichtung. Hierbei wird auf die Anwendung des Logarithmus auf die Transmission verzichtet. Für die Abstimmung der Komponenten aufeinander unter Erfüllung dieser Bedingung lassen sich handelsübliche Optik-Design-Programme als Grundlage verwenden und für das erfindungsgemäße optische Design anpassen, beispielsweise, LCD MASTER^® von Uniglobe Kisco, Inc. oder Tecwiz LCD 3D^® von INCROPS.
Für die meisten Anwendungen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Grenzazimutalwinkel φ_lim zwischen 30° und 40° um eine Vorzugsrichtung liegt und/oder der Grenzpolarwinkel θ_lim zwischen 40° und 50° um die Oberflächennormale bzw. die Richtung der ersten Absorptionsachse liegt, falls diese gegen die Oberflächennormale geneigt ist.
Die vorangehend beschriebene Hintergrundbeleuchtung mit dem optischen Film lässt sich in eine Beleuchtungseinrichtung für einen Bildschirm integrieren, sofern der Film nicht mit einer schaltbaren Flüssigkristallschicht, wie sie vorangehend beschrieben wurde, ausgestattet ist, sowie in einen Bildschirm, wenn er mit einer schaltbaren Flüssigkristallschicht ausgestattet ist.
Konkret kann die Hintergrundbeleuchtung mit dem - nicht schaltbaren, d. h. nicht mit einer schaltbaren Flüssigkeitskristallschicht versehene - optischen Film in eine Beleuchtungseinrichtung für einen transmissiven Bildschirm, insbesondere ein LC-Display, eingesetzt und damit verwendet werden, wobei die Beleuchtungseinrichtung so konfiguriert ist, dass sie in zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem Licht in einen gegenüber dem freien Sichtmodus eingeschränkten Raumwinkelbereich abgestrahlt wird, betrieben werden kann. Diese Beleuchtungseinrichtung umfasst eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung mit Hintergrundlichtquellen und einem nicht schaltbaren optischen Film, wie vorangehend beschrieben, und strahlt Licht ab. Ist die zweite Polarisationsschicht des optischen Films in Betrachtungsrichtung vor der ersten Polarisationsschicht angeordnet, so gilt generell für die Hintergrundbeleuchtung auch bei anderen, weiter unten beschriebenen Ausgestaltungen, dass die Hintergrundlichtquellen der Hintergrundbeleuchtung unpolarisiertes Licht abstrahlen; bei umgekehrter Anordnung kann das von den Hintergrundlichtquellen der Hintergrundbeleuchtung abgestrahlte Licht auch (teil-)polarisiert sein. In einer Betrachtungsrichtung - für einen auf die Beleuchtungsrichtung blickenden Betrachter - vor der Hintergrundbeleuchtung ist ein plattenförmiger Lichtleiter mit zwei Großflächen und diese verbindenden Schmalseiten angeordnet, welche auf mindestens einer der Großflächen und/oder innerhalb seines Volumens Auskoppelelemente aufweist. Seitlich an mindestens einer Schmalseite des Lichtleiters sind Leuchtmittel angeordnet. In Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung oder vor dem Lichtleiter ist ein linearer Polarisationsfilter angeordnet. Dieser Polarisationsfilter kann optional der zweiten Polarisationsschicht des optischen Films entsprechen, kann aber auch gesondert ausgeführt werden. Auf diese Weise wird Licht, welches von der Hintergrundbeleuchtung ausgeht und den linearen Polarisationsfilter durchdringt, in seinen Ausbreitungsrichtungen eingeschränkt. Dabei sind in der Betriebsart B2 für den eingeschränkten Sichtmodus die Hintergrundbeleuchtung eingeschaltet und die Leuchtmittel ausgeschaltet. Nur die Hintergrundbeleuchtung strahlt Licht in den eingeschränkten Blickwinkelbereich ab. In der Betriebsart B1 für den freien oder öffentlichen Sichtmodus sind mindestens die Leuchtmittel eingeschaltet, wodurch die eingeschränkte Beleuchtung allein durch die Hintergrundbeleuchtung kompensiert oder überkompensiert werden kann. Dementsprechend kann die Hintergrundbeleuchtung im öffentlichen Sichtmodus eingeschaltet oder ausgestaltet sein. Der transmissive Bildschirm wird in diesem Fall der Beleuchtungseinrichtung vorgeordnet.
Die Erfindung umfasst auch einen Bildschirm, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem Licht in einen gegenüber dem freien Sichtmodus für einen Betrachter eingeschränkten Blickwinkelbereich oder Raumwinkelbereich abgestrahlt wird, betrieben werden kann. Ein solcher Bildschirm umfasst zunächst eine flächenartig ausgedehnte, Licht abstrahlende Hintergrundbeleuchtung mit einem optischen Film, wie er vorangehend beschrieben wurde, in der Ausgestaltung mit einer schaltbaren Flüssigkristallschicht, welche zwischen zwei Zuständen umschaltbar ist. Die Hintergrundbeleuchtung kann optional direkt leuchtend, beispielsweise als sogenanntes „Direct Matrix Backlight“ ausgeführt sein. In Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung ist ein linearer Polarisationsfilter angeordnet. Dieser kann optional auch der zweiten Polarisationsschicht des optischen Films entsprechen. Auf diese Weise wird Licht, welches von der Hintergrundbeleuchtung ausgeht und den linearen Polarisationsfilter durchdringt, in seinen Ausbreitungsrichtungen eingeschränkt. In Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung ist eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet. Der lineare Polarisationsfilter kann Teil der Bildwiedergabeeinrichtung sein und ist dann in der transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet. Er kann aber auch separat ausgeführt sein, wobei er dann im Stapel der optischen Elemente möglichst nah bei der Bildwiedergabeeinrichtung angeordnet ist. Eine typische Bildwiedergabeeinrichtung weist in Betrachtungsrichtung ober- und unterhalb einer LC-Schicht je einen linearen Polarisator auf, die zuvor gemachten Ausführungen beziehen sich hier auf den in Betrachtungsrichtung unterhalb angeordneten linearen Polarisator. Der oberhalb angeordnete lineare Polarisator ist für die Sichtschutzanwendung wesentlich. In der Betriebsart B2 befindet sich die mindestens zwischen zwei Zuständen umschaltbare Flüssigkristallschicht im ersten Schaltzustand und in der Betriebsart B2 im zweiten Schaltzustand, wie oben beschrieben.
Schließlich umfasst die Erfindung auch einen weiteren Bildschirm, der in mindestens 2 Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem Licht in einen gegenüber dem freien Sichtmodus für einen Betrachter eingeschränkten Blickwinkelbereich oder Raumwinkelbereich abgestrahlt wird, betrieben werden kann. Ein solcher Bildschirm umfasst eine Bildwiedergabeeinrichtung, die beispielsweise vom Typ OLED, microLED oder LCD sein kann, sowie einen in Betrachtungsrichtung vor der Bildwiedergabe Einrichtung angeordneten optischen Film, welcher die oben bereits beschriebene zwischen mindestens zwei Zuständen schaltbare Flüssigkristallschicht aufweist. Diese Flüssigkristallschicht ist in der Betriebsart B2 im ersten Schaltzustand und in der Betriebsart B2 im zweiten Schaltzustand, entsprechend der obigen Definition von erstem und zweitem Schaltzustand.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Es zeigen:

1A-1C verschiedene Schichtaufbauten eines optischen Films zur Kontrolle und Beschränkung des Blickwinkelbereichs eines Betrachters,
2 die Einschränkung des Blickwinkelbereichs,
3 ein Beispiel für die Verbesserung des Sichtschutzes durch die Erfindung,
4A-4B den Sichtschutzeffekt für eine erste Ausgestaltung des optischen Films,
5A-5B den Sichtschutzeffekt für eine zweite Ausgestaltung des optischen Films,
6A-6B den Sichtschutzeffekt für eine dritte Ausgestaltung des optischen Films,
7A-7G Polarisationsellipsen für den Durchtritt durch den optischen Film,
8 eine schaltbare Ausgestaltung des optischen Films,
9A-9B eine Beleuchtungseinrichtung mit einem nicht schaltbaren optischen Film in zwei Betriebszuständen,
10 einen Bildschirm mit einem schaltbaren optischen Film, und
11 einen weiteren Bildschirm mit einem schaltbaren optischen Film.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den 1A-1C sind verschiedene Prinzipdarstellungen eines Schichtaufbaus eines optischen Films zur Kontrolle und Beschränkung eines Blickwinkelbereichs eines Betrachters dargestellt. Der - nicht gezeigte - Betrachter befindet sich jeweils oberhalb der obersten Schicht, die eine Oberfläche mit einer Oberflächennormalen aufweist, welche hier in der Blattebene parallel zur längeren Kante des Blattes verläuft. Bei der obersten Schicht aus Richtung des Betrachters gesehen handelt es sich in allen drei Darstellungen 1A-1C um eine erste Polarisationsschicht 1. Die erste Polarisationsschicht 1 weist eine erste Absorptionsachse auf, welche mit der Oberflächennormalen des optischen Films einen Winkel von 0° bis 30° einschließt. Liegt der Winkel bei 0°, so handelt es sich bei der ersten Polarisationsschicht 1 um einen Z-Polarisator, für davon abweichende Winkel wird der Begriff „Z*-Polarisator“ verwendet. Ein Winkel von 0° bietet sich beispielsweise bei Notebooks an, wo sich der Benutzer direkt vor dem Bildschirm befindet. Ein Winkel von 30° kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug vorteilhaft sein, wo der Bildschirm in der Mitte zwischen Fahrer- und Beifahrersitz angeordnet ist, um ggf. Informationen nur für den Fahrer sichtbar zu machen.
Bei der in den 1 A-1 C jeweils untersten Schicht handelt es sich um eine zweite Polarisationsschicht 2 mit einer zweiten Absorptionsachse, welche parallel zur Oberfläche des optischen Films orientiert ist. Bei der zweiten Polarisationsschicht 2 handelt es sich also um einen linearen Polarisator.
Zwischen der ersten Polarisationsschicht 1 und der zweiten Polarisationsschicht 2 ist mindestens eine phasenverschiebende Kompensationsschicht zur Verbesserung der Beschränkung des Blickwinkelbereichs angeordnet. Je nach Art der Kompensationsschicht wird eine einzige Kompensationsschicht verwendet, oder es werden mehrere Kompensationsschichten verwendet. Bei den Kompensationsschichten handelt sich beispielweise um uniaxial oder biaxial doppelbrechende Polymerfolien. Die Schichten sind zweckmäßig miteinander fest verbunden, beispielsweise durch optische Klebung oder andere stoffschlüssige Verbindungen. Auch Verbindungen durch Ultraschall-Schweißen sind beispielsweise denkbar. Auch eine Verbindung nur durch Haftung bei Aufeinanderlegen oder -pressen äußerst glatt ausgefertigter Oberflächen ist denkbar, ggf. mit einer Antireflexionsschicht. Zur Verbesserung des Sichtschutzeffektes gibt es verschiedene Möglichkeiten, die eine Kompensationsschicht oder mehreren Kompensationsschichten zu realisieren, welche im Folgenden erläutert werden. Alternativ kann - nicht zeichnerisch dargestellt - auch die zweite Polarisationsschicht 2 in Betrachtungsrichtung als oberste Schicht und die erste Polarisationsschicht 1 dahinter angeordnet sein, wobei sich die mindestens eine phasenverschiebende Kompensationsschicht jedoch immer zwischen der erste Polarisationsschicht 1 und der zweiten Polarisationsschicht 2 befindet.
Bei einer ersten Ausgestaltung, welche in 1A dargestellt ist und im Folgenden auch als erste Alternative oder Alternative i. bezeichnet wird, ist zwischen der ersten Polarisationsschicht 1 und der zweiten Polarisationsschicht 2 eine erste B*-Kompensationsschicht 3 angeordnet. Bei der ersten B*-Kompensationsschicht 3 handelt es sich um eine räumlich homogene Schicht aus einem biaxial doppelbrechenden Material. Dementsprechend weist das Material bzw. die erste B*-Kompensationsschicht 3 zwei optische Achsen und drei Hauptbrechachsen auf. Jeder der drei Hauptbrechachsen ist dabei eineindeutig ein Brechungsindex n_x, n_y, n_z zugeordnet. Dies sind übliche Eigenschaften eines biaxial doppelbrechenden Materials. Die Indizes „x“, „y“ und „z“ entsprechen dabei den Achsen eines kartesischen Koordinatensystems. Zur Realisierung eines Sichtschutzeffekts ist es jedoch wesentlich, dass entweder die Hauptbrechachse, zu welcher der kleinste Brechungsindex korrespondiert, oder die Hauptbrechachse, zu welcher der größte Brechungsindex korrespondiert, parallel zur ersten Absorptionsachse liegt.
Die Lage der ersten Absorptionsachse bestimmt dabei die Lagen aller anderer Absorptionsachsen oder Hauptbrechachsen aller Arten von Kompensationsschichten: Handelt es sich bei der ersten Polarisationsschicht beispielhaft um einen Z-Polarisator, dessen erste Absorptionsachse also parallel zur Oberflächennormalen bzw. senkrecht zur Oberfläche des Films liegt, so bedeutet das, dass die entsprechende Hauptbrechachse, zu welcher der kleinste bzw. größte Brechungsindex korrespondiert, ebenfalls parallel zur Oberflächennormalen liegt. Entsprechend liegen die anderen beiden Hauptbrechachsen dann in der Ebene der Oberfläche des optischen Films. Die optischen Achsen der ersten B*-Kompensationsschicht 3, die in diesem Fall eine B-Kompensationsschicht ist, liegen dann in einer Ebene, welche die Oberfläche des optischen Films senkrecht schneidet. In diesem Fall kann die erste B*-Kompensationsschicht 3 auf zweierlei Weise ausgestaltet sein.
Zum einen kann sie als -B-Kompensationsschicht ausgebildet sein. Da in diesem Fall von einem Z-Polarisator gesprochen wird, assoziiert man in einem fiktiven kartesischen Koordinatensystem, in welchem die Hauptbrechachsen und die optischen Achsen der B*-Kompensationsschicht definiert sind, die z-Richtung mit der Richtung senkrecht zur Oberfläche des optischen Films. In dieser Notation erfüllt die -B-Kompensationsschicht die Bedingung n_x > n_y > n_z. Der kleinste Brechungsindex, der zu der Hauptachse, die senkrecht zur Oberfläche des optischen Films steht, korrespondiert, wird daher mit n_z bezeichnet. Außerdem liegt die Hauptbrechachse, zu welcher der größte Brechungsindex n_x korrespondiert, parallel zu der zweiten Absorptionsachse der zweiten Polarisationsschicht 2.
Zum anderen kann sie als +B-Kompensationsschicht ausgebildet sein. Auch hier wird die z-Richtung mit der Richtung senkrecht zur Oberfläche des optischen Films assoziiert. In dieser Notation erfüllt die +B-Kompensationsschicht die Bedingung n_z > n_x > n_y. Der größte Brechungsindex, der zu der Hauptachse, die senkrecht zur Oberfläche des optischen Films steht, korrespondiert, wird daher mit n_z bezeichnet. Außerdem liegt die Hauptbrechachse, zu welcher der kleinste Brechungsindex n_y korrespondiert, parallel zu der zweiten Absorptionsachse der zweiten Polarisationsschicht 2 (siehe oben).
Für alle Ausgestaltungen der ersten Alternative gilt, dass die erste B*-Kompensationsschicht 3 dabei die Bedingung $Δ p h = \frac{2 π}{λ} d \cdot | n_{x} - n_{y} | < 2 π$
erfüllt, wobei d die Dicke der ersten B*-Kompensationsschicht 3 bezeichnet, Δph eine Phasenverschiebung, welche durch die erste Kompensationsschicht verursacht wird, und λ eine grundsätzlich beliebig vorgegebene Wellenlänge, bei der die Bedingung erfüllt sein soll. Dadurch wird eine obere Grenze für die Phasenverzögerung der ersten B*-Kompensationsschicht 3 definiert, welche indirekt dadurch auch eine maximale Dicke festlegt.
Bei einer zweiten Ausgestaltung, welche in ihrem grundlegenden Aufbau in 1B dargestellt ist und im Folgenden auch als zweite Alternative oder Alternative ii. bezeichnet wird, sind zwischen der ersten Polarisationsschicht 1 und der zweiten Polarisationsschicht 2 mindestens zwei Kompensationsschichten aus uniaxial doppelbrechenden Materialien angeordnet. Dabei handelt es sich um eine erste A*-Kompensationsschicht 4 und eine zweite A*-Kompensationsschicht 5. Beide A*-Kompensationsschichten 4, 5 sind räumlich homogen in dem eingangs definierten Sinn aufgebaut. Die erste A*-Kompensationsschicht 4 besteht aus einem ersten uniaxial doppelbrechenden Material mit einer ersten optischen Achse und zwei ersten Hauptbrechachsen, wobei die erste optische Achse senkrecht oder parallel zur ersten Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht 1 liegt. Aus der Richtung eines Betrachters dahinter angeordnet ist die zweite A*-Kompensationsschicht 5, die aus einem zweiten uniaxial doppelbrechenden Material mit einer zweiten optischen Achse und zwei zweiten Hauptbrechachsen besteht. Die Lage der zweiten optischen Achse der zweiten A*-Kompensationsschicht 5 wird in Abhängigkeit von der Lage der ersten optischen Achse der ersten A*-Kompensationsschicht 4 festgelegt, indem die Bedingung erfüllt sein muss, dass die zweite optische Achse senkrecht zur ersten optischen Achse liegt. Jede der beiden A*-Kompensationsschichten 4, 5 erfüllt dabei die Bedingung $Δ p h = \frac{2 π}{λ} d \cdot | n_{e} - n_{o} | < 2 π,$
wobei d die Dicke der jeweiligen Kompensationsschicht bezeichnet, n_e die außerordentliche Brechzahl und n_o die ordentliche Brechzahl. Δph bezeichnet eine Phasenverschiebung, welche durch die erste bzw. zweite A*-Kompensationsschicht 4, 5 jeweils für sich genommen verursacht wird, und λ eine grundsätzlich beliebig vorgegebene Wellenlänge, bei der die Bedingung erfüllt sein soll. Beide A*-Kompensationsschichten 4, 5 können aus demselben Material sein und/oder dieselbe Dicke aufweisen, was die Herstellung vereinfacht.
1C zeigte eine Weiterentwicklung der zweiten Alternative: Um den Raumwinkelbereich noch schärfer zu definieren, also einen noch stärkeren Abfall der Leuchtdichte innerhalb gegenüber der Leuchtdichte außerhalb des genannten Raumwinkelbereichs und/oder eine höhere Flexibilität in der Wahl der Komponenten für die Kompensationsschichten zu erreichen, ist es bei der zweiten Alternative vorteilhaft, wenn zwischen der ersten und der zweiten A*-Kompensationsschicht eine dritte C*-Kompensationsschicht 6 angeordnet ist, die ihrerseits ebenfalls räumlich homogen ist. Die dritte C*-Kompensationsschicht 6 ist aus einem dritten uniaxial doppelbrechenden Material mit einer dritten optischen Achse und zwei dritten Hauptbrechachsen aufgebaut, wobei die dritte optische Achse parallel zur ersten Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht 1 liegt. Auch hier bestimmt also die Lage der ersten Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht 1 die Lage der optischen Achse des Materials der dritten C*-Kompensationsschicht 6.
Sofern die erste Polarisationsschicht 1 als Z-Polarisator ausgestaltet ist, und die erste Absorptionsachse somit senkrecht auf der Oberfläche des optischen Films steht, ist entweder die erste A*-Kompensationsschicht 4 als +A-Kompensationsschicht, und die zweite A*-Kompensationsschicht 5 als -A-Kompensationsschicht ausgebildet, oder umgekehrt. Bei Vorhandensein einer dritten C*-Kompensationsschicht 6 ist diese als -C- oder +C-Kompensationsschicht ausgebildet.
Sowohl in der ersten als auch in der zweiten Alternative sind die Materialien und die Dicken d der Kompensationsschichten so vorgegeben, dass - bezogen auf ein Kugelkoordinatensystem, welches seinen Ursprung auf der Oberfläche des Films und in der Ebene des Films hat - ausschließlich in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich R die Leuchtdichte minimal ist. Der Raumwinkelbereich R umfasst nur einen Teil des möglichen, wahrnehmbaren Halbraumes, nämlich zum einen in der Oberfläche des Films liegende Azimutalwinkel φ, für welche |φ| bzw. |180° - φ| kleiner als der Betrag eines vorgegebenen Grenzazimutalwinkels φ_lim ist, gemessen in Bezug auf eine Vorzugsrichtung in der Ebene der Oberfläche des Films. Die Wahl der Vorzugsrichtung ist grundsätzlich beliebig, erfolgt jedoch in Abhängigkeit von der Verwendung des optischen Films. Wird dieser optische Film beispielsweise in einem Bildschirm mit fester Orientierung wie in einem Fahrzeug verwendet, so wird man die Vorzugsrichtung so wählen, dass sie parallel zu einer gedachten Linie zwischen den Augen eines aufrecht sitzenden Fahrers, in der Regel also horizontal verläuft. Die Vorgabe des Grenzazimutalwinkels φ_lim erfolgt in Abhängigkeit von der Anwendung, für welche der Film gedacht ist. Typisch sind Werte zwischen 30° und 40° um die Vorzugsrichtung, beispielsweise für Notebooks, die vor seitlichem Einblick in Zügen etc. geschützt werden sollen - hier liegt die Vorzugsrichtung in der Regel parallel zur längeren Kante des Bildschirms und die erste Absorptionsachse parallel zur Normalen des Bildschirms, so dass der Abfall der Leuchtdichte nach allen Seiten symmetrisch ist.
Zum anderen umfasst der Raumwinkelbereich, für den die Leuchtdichte minimal ist, Polarwinkel θ, deren Betrag größer als ein vorgegebener Grenzpolarwinkel θ_lim ist, gemessen in Bezug auf die erste Absorptionsachse und in einer Ebene, welche durch die Oberflächennormale und die erste Absorptionsachse aufgespannt wird, oder gemessen nur in Bezug auf die Oberflächennormale, falls die erste Absorptionsachse parallel zu dieser ist. Vorzugsweise liegt der Grenzpolarwinkel θ_lim zwischen 40° und 50°, abhängig von der Anwendung. Wird der optische Film in einem Bildschirm wie oben beispielhaft beschrieben verwendet, so wirkte der optische Film effektiv sichtbeschränkend, da in dem genannten Raumwinkelbereich die Leuchtdichte minimal ist. Ein Betrachter, der sich in einer Position befindet, welche in Bezug auf das Kugelkoordinatensystem des optischen Films innerhalb des genannten Raumwinkelbereich liegt, nimmt im Idealfall aufgrund der minimalen Leuchtdichte in diesem Bereich daher keine Inhalte auf dem Bildschirm wahr oder kann sie zumindest nicht erkennen.
Die sichtbeschränkende Wirkung in dem vorgegebenen Raumwinkelbereich, also der Abfall der Leuchtdichte bis zum Minimum in diesem Raumwinkelbereich lässt sich vorzugsweise dadurch erreichen, wenn die einzelnen Komponenten des optischen Films so aufeinander abgestimmt werden, dass in dem vorgegebenen Raumwinkelbereich R die Verlustfunktion C₂ = ∫_R ln T(ϕ, θ) dΩ minimal ist, wobei T(φ, θ) die winkelabhängige Transmission ist und Ω den Raumwinkelbereich bezeichnet. Es wird also der natürliche Logarithmus der winkelaufgelösten Transmission berechnet und über den Raumwinkelbereich, in welchem der Sichtschutz optimiert werden soll, integriert. Auf diese Weise werden nicht nur Blickwinkel einbezogen, die auf der Horizontalen liegen, sondern auch Blickwinkel, die von der vertikalen Blickrichtung von 0° - entlang der Oberflächennormalen - des eigentlichen Betrachters abweichen, also nach oben oder unten. Das schließt beispielweise dritte Beobachter mit ein, die seitlich neben dem sitzenden Nutzer des Geräts im Sichtschutzmodus stehen. Im Ergebnis erhält man auch für diese Blickwinkel einen gegenüber dem Stand der Technik stark verbesserten Sichtschutz. Durch den Logarithmus wird eine Wichtung über unterschiedliche Größenordnungen vorgenommen, jedoch ist beispielsweise auch eine lineare Wichtung denkbar oder andere Wichtungen.
Dies wird anhand von 2 und 3 beispielhaft verdeutlicht. 2 zeigt eine Projektion eines vorgegebenen Raumwinkelbereichs R in die Ebene des optischen Films als schwarze Flächen, auch als konoskopisches Bild bezeichnet. In diesem Bereich soll der Sichtschutz verbessert werden, so dass die Leuchtdichte dort möglichst gering ist. Der Raumwinkelbereich R ist in diesem Beispiel so vorgegeben, dass der Grenzazimutalwinkel φ_lim bei 40° liegt - auf diese Weise kommen die schwarzen Flächen ober- und unterhalb der horizontalen Achse zustande - und der Grenzpolarwinkel θ_lim ebenfalls bei 40° liegt - dies entspricht den rechts und links des Mittelpunkts ausgesparten Bereichen. Der innere konzentrische Kreis entspricht dabei einen Polarwinkel von θ = 40°. Für diesen vorgegebenen Raumwinkelbereich wird die Verlustfunktion, d. h. das Integral der logarithmischen Transmission, minimiert. Für die Abstimmung der Komponenten aufeinander unter Erfüllung dieser Bedingung lassen sich handelsübliche Optik-Design-Programme verwenden, wie sie weiter oben schon beispielhaft genannt wurden.
Im Ergebnis erhält man einen zur Seite hin verbesserten Sichtschutzeffekt auch für vertikale Blickwinkel, die von 0° - entsprechend einem senkrechten Blick auf die Oberfläche des optischen Films - abweichen, wie es in 3 beispielhaft für einen vertikalen Blickwinkel von 30° und einen optischen Film gemäß der zweiten Alternative zum einen mit einer +A-Kompensationsschicht und einer -A-Kompensationsschicht gezeigt ist, und zum anderen mit einer weiteren -C-Kompensationsschicht. Die erste Polarisationsschicht 1 ist als Z-Polarisator ausgebildet, so dass die erste Absorptionsachse parallel zur Oberflächennormalen des optischen Films liegt. Gezeigt ist der Sichtschutzeffekt in beliebigen Einheiten, d.h. die Leuchtdichte normiert auf einen Winkel von 0°, in Abhängigkeit vom horizontalen Blickwinkel in Grad, woraus sich ablesen lässt, wie hell der Bildschirm im sichtgeschützten Winkelbereich gegenüber dem nicht sichtgeschützten Winkelbereich ist. Die Vorzugsrichtung wurde beispielhaft parallel zur horizontalen Richtung gewählt, wobei sich dies auf ein Bezugssystem eines Betrachters bezieht, d.h. die horizontale Richtung einer gedachten Verbindung zwischen den Augen des Betrachters entspricht und die vertikale Richtung entsprechend dazu senkrecht steht. Die durchgezogene Linie entspricht einem Sichtschutzeffekt, wie er im Stand der Technik nur mit einem Z-Polarisator und ohne räumlich homogene Kompensationsschichten bei einem vertikalen Blickwinkel von 30° erzielt werden kann. Die gestrichelte Linie zeigt den Sichtschutzeffekt für die Kombination mit zwei A*-Kompensationsschichten vom Typ -A und +A und die strich-punktierte Linie den Sichtschutzeffekt für die Kombination zusätzlich mit einer -C-Kompensationsschicht. Da in diesem Beispiel die A*-Kompensationsschichten nicht vollständig optimiert wurden, ergibt sich in diesem Beispiel für die Kombination mit der -C-Kompensationsschicht hier keine Verbesserung; üblicherweise erhält man jedoch bei der Verwendung von C*-Kompensationsschichten einen verbesserten Sichtschutz bei Winkeln um die 30°. Der verbesserte Sichtschutz zu den Seiten bis hin zu Winkeln von etwa 60° ist deutlich erkennbar. Der geringere - jedoch gegenüber dem Stand der Technik dennoch verbesserte - Sichtschutz bei sehr großen Winkein von mehr als 60° wird aufgrund der logarithmischen Skala überhöht dargestellt, macht sich jedoch in der Praxis nicht bemerkbar. Bei einem vertikalen Blickwinkel von 0°, hier nicht gezeigt, liefern ein optischer Film gemäß dem Stand der Technik und ein optischer Film mit zusätzlichen Kompensationsschichten, wie oben und weiter unten beschrieben, etwa die gleichen Ergebnisse entsprechend etwa der gestrichelten oder strichpunktierten Kurve.
Der in 2 gezeigte Raumwinkelbereich R ist dabei nur beispielhaft zu sehen und kann je nach Bedürfnis angepasst werden, um beispielsweise auch den Sichtschutz gegenüber vertikalen Blickwinkeln zu verbessern, bei denen der horizontale Blickwinkel 0° beträgt -für das Beispiel eines Notebooks entsprechend Betrachtern, die genau hinter einem sitzenden Benutzer stehen. In diesem Fall würde beispielsweise der schwarze Raumwinkelbereich aus 2 den konzentrischen Kreis bei 40° vollständig umschließen.
Weitere Beispiele sind in den 4A-4B, 5A-5B und 6A-6B gezeigt, wobei der Raumwinkelbereich R gemäß 2 vorgegeben ist. 4A, 5A und 6A zeigen dabei den Sichtschutzeffekt jeweils für einen vertikalen Blickwinkel von 0° und 4B, 5B und 6B jeweils für einen vertikalen Blickwinkel von 30°. Die Kurven mit durchgezogenen Linien entsprechen dabei immer dem optischen Film nur mit einer ersten Z*-Polarisationsschicht ohne zusätzliche, räumlich homogene Kompensationsschichten.
4A und 4B zeigen den Sichtschutzeffekt für einen optischen Film mit einem Aufbau gemäß der in 1A dargestellten ersten Alternative, mit einer ersten B-Kompensationsschicht 3. Da für biaxial doppelbrechende Schichten für eine Vielzahl von Kombinationen von n_x, n_y und n_z die gleiche optische Funktionalität erreicht wird, klassifiziert man solche Schichten durch zwei andere Parameter, die dies berücksichtigen, nämlich durch den Parameter $R_{e} = (n_{x} - n_{y}) \cdot d$
und den Parameter $N_{z} = \frac{(n_{x} - n_{z})}{(n_{x} - n_{y})} .$
Die punktierte Kurve erhält man für eine Dicke d = 5,25 µm, R_e = 132 und N_z = 3,84 bei einer Wellenlänge von λ = 550 nm im grünen, mittleren sichtbaren Wellenlängenbereich, in welchem das menschliche Auge die höchste Empfindlichkeit aufweist. Aus N_z kann man ableiten, wie sich die Brechzahlen untereinander verhalten müssen. Beispielsweise gilt dies für n_x = 1,6246, n_y = 1,6 und n_z = 1.5287. Um entsprechend berechnete Schichten mit genau diesen Brechzahlen herzustellen, sind im Stand der Technik zahlreiche Herstellungsverfahren bekannt, mit denen hohe Kontrolle über die Brechzahlen ausgeübt werden kann. Ist ein Material ausgewählt, dass über das gewünschte Brechzahlverhältnis verfügt, wird die Dicke d eingestellt, so dass N_z erfüllt ist. Neben den oben genannten Parametern lässt sich eine spürbare Verbesserung auch mit anderen Kombinationen erreichen; so ergibt sich das mit der strichpunktierten Kurve dargestellte Verhalten des Sichtschutzeffekts für R_e = 75 und N_z = 3,84. Die Werte sind nur beispielhaft zu verstehen, so sind in jedem Falle Toleranzen von +/- 20 % ohne weiteres möglich und umfasst, ohne dass der Sichtschutzeffekt wahrnehmbar verringert wird.
In 5A und 5B ist der Sichtschutzeffekt für einen optischen Film mit einem Aufbau gemäß der in 1C gezeigten zweiten Alternative mit einer ersten A*-Kompensationsschicht 4 und einer zweiten A*-Kompensationsschicht 5 sowie einer zusätzlichen, dritten C*-Kompensationsschicht 6 zwischen diesen beiden Schichten dargestellt. Die erste Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht 1 ist hier wieder senkrecht zur Oberfläche, es handelt sich also um einen Z-Polarisator. Entsprechend ist die erste A*-Kompensationsschicht 4 als +A-Kompensationsschicht mit positiver Doppelbrechung und die zweite A*-Kompensationsschicht 5 als -A-Kompensationsschicht mit negativer Doppelbrechung sowie die dritte C*-Kompensationsschicht 6 als - C-Kompensationsschicht mit negativer Doppelbrechung ausgestaltet. Alternativ kann die erste A*-Kompensationsschicht 4 als -A-Kompensationsschicht mit negativer Doppelbrechung und die zweite A*-Kompensationsschicht 5 als +A-Kompensationsschicht mit positiver Doppelbrechung sowie die dritte C*-Kompensationsschicht 6 als +C-Kompensationsschicht mit negativer Doppelbrechung ausgestaltet werden, wobei mit negativer Doppelbrechung der Fall n_e < n_o gemeint ist und mit positiver Doppelbrechung der Fall n_e > n_o.
Während bei einem vertikalen Blickwinkel von 0°, 5A, entsprechend einer direkten Draufsicht auf den Film entlang der Oberflächennormale, die Verwendung der drei zusätzlichen Kompensationsschichten zusätzlich zum Z-Polarisator keine Verbesserung bewirkt, ist der verbesserte Sichtschutzeffekt bei einem vertikalen Blickwinkel von 30°, 5B, deutlich zu erkennen. Die in 5A und 5B gezeigte Verbesserung lässt sich mit einer Reihe von Kompensationsschichten erfüllen, welche für die erste +A-Kompensationsschicht die Bedingung d·(n_e - n_o) = 264 nm und für die zweite -A-Kompensationsschicht die Bedingung d·(n_e - n_e) = -264 nm erfüllen, jeweils mit einer Toleranz von 20%. Für die dritte -C-Kompensationsschicht wird die Bedingung d·(n_e - n_o) = -22 nm erfüllt, wobei hier die Toleranz von +/- 10 nm größer ist. Allgemein gilt für die vergleichsweise dünne C*-Kompensationsschicht, dass die Toleranz entweder +/- 10 nm oder 20% beträgt, je nachdem, welcher Wert größer ist. In der alternativen Ausgestaltung mit einer ersten -A-Kompensationsschicht kehren sich die Vorzeichen entsprechend um.
In 6A und 6B ist der Sichtschutzeffekt für einen optischen Film mit einem Aufbau gemäß der in 1C gezeigten zweiten Alternative mit einer ersten A*-Kompensationsschicht 4 und einer zweiten A*-Kompensationsschicht 5 sowie einer zusätzlichen, dritten C*-Kompensationsschicht 6 zwischen diesen beiden Schichten dargestellt. Die erste Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht ist hier abweichend zu 5A, 5B um 20° gegen die Oberflächennormale zur Oberfläche geneigt, es handelt sich also um einen Z*-Polarisator. Diese Orientierung gibt dann auch vor, wie die optischen Achsen der A*- und C*-Kompensationsschicht liegen müssen, um den Sichtschutzeffekt zu erhalten. Zur Herstellung solch geneigter Kompensationsschichten kann beispielsweise auf die Photoausrichtung und Polymerisation von LC-Mesogenen zurückgegriffen werden. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist die erste A*-Kompensationsschicht 4 als -A*-Kompensationsschicht und die zweite A*-Kompensationsschicht 5 als +A*-Kompensationsschicht ausgestalte, entsprechend ist die dritte C*-Kompensationsschicht 6 als -C*-Kompensationsschicht ausgestaltet. Die in 6A und 6B gezeigte Verbesserung lässt sich mit einer Reihe von Kompensationsschichten erfüllen, welche für die erste +A*-Kompensationsschicht die Bedingung d·(n_e - n_o) = 264 nm und für die zweite -A*-Kompensationsschicht die Bedingung d·(n_e - n_e) = -264 nm erfüllen, jeweils mit einer Toleranz von 20%. Für die dritte -C*-Kompensationsschicht wird die Bedingung d·(n_e - n_o) = -82 nm erfüllt, ebenfalls mit einer Toleranz 20 %. In der alternativen Ausgestaltung mit einer ersten -A*-Kompensationsschicht kehren sich die Vorzeichen entsprechend um.
In den 7A bis 7F ist die Wirkung der einzelnen Schichten anhand von Polarisationsellipsen am Beispiel eines optischen Films gemäß der in 1C gezeigten zweiten Alternative im Detail gezeigt, wobei die erste Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht 1 parallel zur Oberflächennormalen des optischen Films ausgerichtet ist. 7G zeigt zum Vergleich die Polarisation des Lichts mit einem Schichtaufbau gemäß dem Stand der Technik ohne zusätzliche Kompensationsschichten. Die Blickrichtung eines fiktiven Betrachters ist dabei entlang der Oberflächennormalen des optischen Films. Jede der 7A bis 7G zeigt eine Vielzahl von Polarisationsellipsen, welche kreisförmig um den Ursprung eines Koordinatensystems verteilt sind. Die Position einer jeden Polarisationsellipse korrespondiert dabei zu einem Blickwinkel auf die Oberfläche des optischen Films. Der Blickwinkel im Ursprung des Koordinatensystems entspricht der Oberflächennormalen, also der Draufsicht senkrecht auf die Oberfläche des optischen Films. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird die bezogen auf die Blattebene parallel zur kürzeren Kante liegende Richtung als x-Richtung und die dazu senkrechte Richtung als y-Richtung, entlang der Längskante der Blattebene, bezeichnet. Die x-Richtung korrespondiert hier auch zur Vorzugsrichtung und liegt parallel zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Augen eines Betrachters und wird im Folgenden daher auch als horizontale Richtung bezeichnet. Auf der x-Achse des Koordinatensystems in den 7A bis 7G liegen also Polarisationsellipsen, die zu Blickwinkel korrespondieren, die ausschließlich horizontal von Null abweichen, korrespondierend zu einem Betrachter, der sich nur seitlich vom Ursprung wegbewegt. Auf der y-Achse liegen solche Polarisationsellipsen, bei denen der Blickwinkel nur vertikal von Null abweicht, entsprechend einem Betrachter, der sich von der Ursprungsposition vertikal auf oder ab bewegt. Eine „vertikale“ Bewegung oder Verschiebung ist dabei nicht so zu verstehen, dass sich ein Betrachter von dem optischen Film entlang der Oberflächennormalen entfernt, meint also keine Verschiebung entlang der Oberflächennormalen in der horizontalen, durch die Oberflächennormalen und die horizontale Richtung zwischen den Augen eines Betrachters aufgespannte Ebene. Vielmehr ist eine die Verschiebung senkrecht zu dieser Ebene gemeint. Blickt beispielsweise ein sitzender erster Betrachter direkt entlang der Oberflächennormalen auf den optischen Film, so liegt der Blickwinkel eines zweiten Betrachters, der direkt hinter dem ersten Betrachter steht, nur vertikal versetzt auf der y-Achse. Zur besseren Verdeutlichung sind in jeder der 7A bis 7G zwei konzentrische Kreise eingezeichnet. Der innere Kreis begrenzt einen Blickwinkel-Kegel von Blickwinkeln bis zu 25° in jeder Richtung, der äußere Kreis einen Blickwinkel-Kegel von Blickwinkeln bis zu 45° in jeder Richtung. Ganz außen liegen die - in der Realität nicht wahrnehmbaren - Blickwinkel von 90°.
7A zeigt zirkular polarisiertes Licht, das von einer Hintergrundbeleuchtung auf den optischen Film abgestrahlt wird. Das Licht trifft zunächst auf die zweite Polarisationsschicht 2 mit einer zweiten Absorptionsachse, durch welche es linear polarisiert wird, da die zweite Absorptionsachse der zweiten Polarisationsschicht 2 parallel zur Oberfläche des Films orientiert ist, hier entlang der horizontalen Richtung bzw. allgemeiner einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Augen des Betrachters, welche gleichzeitig auch der Vorzugsrichtung entspricht.
Nach Durchtritt durch die zweite Polarisationsschicht trifft das linear polarisierte Licht auf die zweite A*-Kompensationsschicht 5, die als -A-Kompensationsschicht ausgestaltet ist. Während vor allem in der horizontalen Richtung, aber auch in der vertikalen Richtung die Polarisation nahezu unverändert bleibt, erhält man in den Blickwinkelbereichen mit davon abweichenden Winkeln nach dem Durchtritt - in der Draufsicht - für große Bereiche s-polarisiertes Licht, wie in 7C gezeigt, d. h. Licht, dessen Vektor des zugehörigen elektrischen Feldes senkrecht zur Einfallsebene - derjenigen Ebene, die von der Oberflächennormale und der Einfallsrichtung aufgespannt wird - orientiert ist. 7D zeigt die winkelaufgelöste Polarisation nach Durchtritt durch die nächste Schicht, eine dritte C*-Kompensationsschicht 6. Diese ist hier als +C-Kompensationsschicht ausgestaltet; die Änderungen sind jedoch aufgrund der geringen Doppelbrechung und der Tatsache, dass es sich um eine C*-Kompensationsschicht handelt, im Bild kaum zu erkennen. 7E zeigt die Polarisation des Lichts nach Durchgang durch die erste A*-Kompensationsschicht 4, die hier als +A*-Kompensationsschicht ausgestaltet ist. Das Licht ist über große Teile näherungsweise p-polarisiert, d. h. der Vektor des elektrischen Feldes liegt parallel zur Einfallsebene, so dass die Absorption von Licht mit nicht-senkrechten Ausbreitungsrichtungen durch die nachfolgende erste Polarisationsschicht 1, die Z-Polarisationsschicht erhöht wird. Dies wird durch die Zusammenwirkung der drei genannten Kompensationsschichten erreicht. Der Sichtschutzeffekt wird dadurch deutlich erhöht.
In 7F schließlich ist die Polarisation des Lichts nach Durchgang durch die erste Polarisationsschicht 1, die Z-Polarisationsschicht dargestellt. Zum Vergleich ist in 7G die Polarisation des Lichts nach dem Stand der Technik dargestellt, bei der sich die Z-Polarisationsschicht direkt an die zweite Polarisationsschicht anschließt. Je näher die Polarisationsellipsen sich der Punktform annähern, desto geringer ist auch die Leuchtdichte. Hier ist deutlich zu erkennen, dass die Leuchtdichte in dem Bereich, der in 2 schwarz hervorgehoben ist, gegenüber dem Stand der Technik weiter verringert und der Sichtschutzeffekt somit verbessert wurde. Dies wird erreicht, indem eben nicht, wie im Stand der Technik, die Leuchtdichte über den gesamten Halbraum - außerhalb eines schmalen Sichtkegels - minimiert wird, sondern nur über einen echten Teil dieses Halbraums außerhalb des Sichtkegels, dem vorgegebenen Raumwinkelbereich R. Konkret wird hier in dem vorgegebenen Raumwinkelbereich R die Verlustfunktion $C_{2} = \int_{R} ln T (ϕ, θ) d Ω$
minimiert, wobei T(φ, θ) die winkelabhängige Transmission ist und Ω den Raumwinkel bezeichnet. Dies ergibt in den gewünschten Bereichen eine deutlich verbesserte Verminderung der Leuchtdichte und damit einen besseren Sichtschutz.
8 zeigt eine Ausgestaltung eines optischen Films mit einer ersten A*-Kompensationsschicht 4 und einer zweiten A*-Kompensationsschicht 5 analog zu 1B, bei der jedoch zusätzlich zwischen der zweiten Polarisationsschicht 2 und der zweiten A*-Kompensationsschicht 5 eine Flüssigkristallschicht 7 angeordnet ist, welche mindestens zwischen zwei Zuständen umschaltbar ist. Die Flüssigkristallschicht 7 ist so ausgebildet, dass sie in einem ersten Schaltzustand von der zweiten Polarisationsschicht 2 transmittiertes Licht mit unveränderter oder um 90° gedrehter Polarisation transmittiert und in einem zweiten Zustand von der zweiten Polarisationsschicht 2 transmittiertes Licht zirkular oder elliptisch polarisiert transmittiert. Selbstverständlich lässt sich eine solchermaßen schaltbare Flüssigkristallschicht 7 auch bei den anderen möglichen Ausgestaltungen des optischen Films, insbesondere bei den in 1A und 1C gezeigten, verwenden.
Auf diese Weise lassen sich beispielsweise die in 10 und 11 gezeigten Bildschirme realisieren. 10 zeigt einen Bildschirm, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem Licht in einen gegenüber dem freien Sichtmodus für einen Betrachter eingeschränkten Blickwinkelbereich abgestrahlt wird, betrieben werden kann. Zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten umfasst der Bildschirm eine Hintergrundbeleuchtung 8, die flächenartig ausgedehnt ist und einen - hier nicht gesondert dargestellten - optischen Film mit der zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbaren Flüssigkristallschicht 7 enthält und Licht abstrahlt, was hier durch eine Anzahl von Lichtquellen 9 symbolisiert wird. Dies ist jedoch nur als Skizze zu verstehen, es kann sich beispielsweise um einen Flächenstrahler handeln oder um einen kantenbeleuchteten Lichtleiter mit strukturierten Oberflächen, der optional zusätzliche optische Schichten wie beispielsweise Diffusorfolien oder Prismenrasterfolien enthalten kann. Optional kann die Hintergrundbeleuchtung auch direkt leuchtend ausgebildet sein, beispielsweise als „Direct Matrix Backlight Dimming“. In Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung 8 ist ein linearer Polarisationsfilter 10 angeordnet, welcher Licht, das von der Hintergrundbeleuchtung 8 ausgeht und den linearen Polarisationsfilter 10 durchdringt, in seinen Ausbreitungsrichtungen einschränkt. In Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung 8 ist eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung 11 angeordnet. Der lineare Polarisationsfilter 10 ist in Bezug auf die Betrachtungsrichtung hier hinter der transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung 11 angeordnet. Er sollte möglichst nahe bei dieser angeordnet sein, d. h. zwischen beiden sollten möglichst keine weiteren Schichten angeordnet sein. Bevorzugt ist der lineare Polarisationsfilter 10 jedoch in der transmissiven Bildwiedergabeeinrichtung 11 angeordnet, also ein Teil von ihr oder in diese zumindest integriert. In der Betriebsart B2 ist die zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbare Flüssigkristallschicht 7 im ersten Schaltzustand, und in der Betriebsart B1 die zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbare Flüssigkristallschicht 7 im zweiten Schaltzustand befindlich. Die umschaltbare Flüssigkristallschicht ermöglicht also ein Schalten zwischen einem öffentlichen Betriebsmodus, in welchem der auf dem Bildschirm dargestellte Bildinhalt aus einer Vielzahl von Blickwinkeln unbeschränkt eingesehen werden kann, und einem Sichtschutzmodus, in welchem der dargestellte Bildinhalt nur in einem engen Blickwinkelbereich in einem Kegel um die erste Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht 1 mit ausreichender Helligkeit sichtbar ist.
Eine weitere Ausgestaltung eines Bildschirms, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem Licht in einen gegenüber dem freien Sichtmodus für einen Betrachter eingeschränkten Blickwinkelbereich abgestrahlt wird, betrieben werden kann, ist in 11 dargestellt. Dieser umfasst eine Bildwiedergabeeinrichtung 12, wie sie im Stand der Technik bekannt ist und die beispielsweise als aktiv leuchtende Bildwiedergabeeinrichtung 12 basierend auf OLED oder microLED oder als passiv leuchtende, also beleuchtete Bildwiedergabeeinrichtung 12, beispielsweise basierend auf LCD, ausgestaltet sein kann. In Betrachtungsrichtung vor der Bildwiedergabeeinrichtung 12 ist ein optischer Film mit einer zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbaren Flüssigkristallschicht 7 angeordnet. Der optische Film ist hier beispielhaft gemäß der ersten Alternative aufgebaut, wobei zwischen der ersten Polarisationsschicht 1 und der zweiten Polarisationsschicht 2 eine erste, räumlich homogene, B*-Kompensationsschicht 3 aus einem biaxial doppelbrechenden Material angeordnet ist. Die zweite Polarisationsschicht 2 kann aber beispielsweise auch als hinterer Polarisator („rear polarizer“) eines LC-Displays der Bildwiedergabeeinrichtung 12 ausgestaltet sein. Selbstverständlich sind auch alle anderen vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen von optischen Filmen mit einer schaltbaren Flüssigkristallschicht 7 einsetzbar. Wie bei dem vorangehend beschriebenen Bildschirm auch befindet sich die zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbare Flüssigkristallschicht 7 in der Betriebsart B2 im ersten Schaltzustand, und in der Betriebsart B1 im zweiten Schaltzustand. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders gut zur Nachrüstung bereits bestehender Bildschirme.
Alternativ lassen sich auch mit einem optischen Film, der keine schaltbare Flüssigkristallschicht 7 aufweist, Beleuchtungseinrichtungen für Bildschirme herstellen, die sich so konfigurieren lassen, dass sie in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem Licht in einen gegenüber dem freien Sichtmodus eingeschränkten Raumwinkelbereich abgestrahlt wird, betrieben werden kann. Ein Beispiel für eine solche Beleuchtungseinrichtung ist in 9A und 9B in den beiden Betriebsmodi gezeigt. Kombiniert man die Beleuchtungseinrichtung mit einer in Betrachtungsrichtung vorgeordneten Bildwiedergabeeinrichtung, auf welcher Bildinhalt dargestellt werden kann, so erhält man einen Bildschirm, welche zwischen den beiden Betriebsmodi B1 und B2 umgeschaltet werden kann.
Die in 9A und 9B gezeigte Beleuchtungseinrichtung umfasst eine flächenartig ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung 13, in welche ein - statischer, d. h. nicht schaltbarer - optischer Film, wie er in den 1A-1C beispielhaft dargestellt ist, integriert ist. In Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung 13 ist ein plattenförmiger Lichtleiter 14 angeordnet, welcher auf mindestens auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb seines Volumens Auskoppelelemente aufweist. Im hier gezeigten Beispiel sind Auskoppelelemente 15 im Volumen des Lichtleiters 14 angeordnet. In Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung 13 oder vor dem Lichtleiter 14 ist ein linearer Polarisationsfilter 16 angeordnet. Licht, welches von der Hintergrundbeleuchtung 13 ausgeht, somit den optischen Film durchdringt, und anschließend den linearen Polarisationsfilter 16 durchdringt, wird so grundsätzlich in seinen Ausbreitungsrichtungen eingeschränkt. Optional kann der lineare Polarisationsfilter 16 auch die Funktion der zweiten Polarisationsschicht 2 übernehmen, d.h. dieser entsprechen. Seitlich an mindestens einer Schmalseite des Lichtleiters 14 - hier an zwei Schmalseiten - sind Leuchtmittel 17 angeordnet, welche im eingeschalteten Zustand Licht in den Lichtleiter 14 einstrahlen. Das von den Leuchtmitteln 17 eingestrahlte Licht wird im Lichtleiter 14 mittels Totalreflexion hin und her reflektiert, bis es auf Auskoppelelemente 15 trifft, die das Licht umlenken, so dass es durch die Oberfläche des Lichtleiters 14 nach außen in Richtung des Betrachters tritt. Die Auskoppelelemente 15 sind dabei so konzipiert, dass sie Licht nahezu ausschließlich in diese Richtung umlenken und Licht, welches von der Hintergrundbeleuchtung 13 herrührt, nahezu ungehindert hindurchlassen.
9A zeigt die Beleuchtungseinrichtung in der Betriebsart B2 für den eingeschränkten Sichtmodus, in dem nur ein kleiner, meist kegelförmiger Raumwinkelbereich ausgeleuchtet wird, gekennzeichnet durch die Pfeile über der Oberfläche des Lichtleiters 14. In diesem Fall ist ausschließlich die Hintergrundbeleuchtung 13 eingeschaltet, die Leuchtmittel 17 müssen ausgeschaltet sein. 9B hingegen zeigt die Beleuchtungseinrichtung in der Betriebsart B1 für den öffentlichen Sichtmodus, in dem Licht in einen gegenüber der Betriebsart B2 deutlich größerer oder breiterer Raumwinkelbereich abgestrahlt wird, wiederum gekennzeichnet durch die Pfeile über dem Lichtleiter 14. Die Leuchtmittel 17 müssen in diesem Fall eingeschaltet sein, ihr in den Lichtleiter 14 eingestrahltes und durch die Auskoppelelemente 15 ausgekoppeltes Licht sorgt für die Verbreiterung des ausgeleuchteten Raumwinkelbereichs. Die Hintergrundbeleuchtung 13 kann in der Betriebsart B1 ausgeschaltet oder eingeschaltet sein. Eine homogenere Ausleuchtung des Raumwinkelbereichs in der Betriebsart B1 wird man meist bei ausgeschalteter Hintergrundbeleuchtung 13 erhalten.
Im Zusammenwirken mit einer passiven Bildwiedergabeeinrichtung, die mittels der in 9A und 9B gezeigten Beleuchtungseinrichtung von hinten beleuchtet wird, ergibt sich dann für den Betrachter von auf der Bildwiedergabeeinrichtung dargestellten Bildinhalten der eingeschränkte Sichtmodus B2 bzw. der öffentliche Sichtmodus B1, je nachdem, ob die Leuchtmittel 17 eingeschaltet oder ausgeschaltet sind.
Der vorangehend beschriebene optische Film kann im Zusammenspiel mit einer Bildwiedergabeeinrichtung, ggf. mit einer gesonderten Beleuchtungseinrichtung, vorteilhaft überall da angewendet werden, wo vertrauliche Daten angezeigt und/oder eingegeben werden müssen, wie etwa bei der PIN-Eingabe, zur Datenanzeige an Geldautomaten oder Zahlungsterminals, zur Kennworteingabe oder beim Lesen von E-Mails auf mobilen Geräten. Die Erfindung kann insbesondere auch in Kraftfahrzeugen angewendet werden, um wahlweise dem Fahrer oder Beifahrer störende Bildinhalte vorzuenthalten.
Bezugszeichenliste

1: erste Polarisationsschicht
2: zweite Polarisationsschicht
3: erste B*-Kompensationsschicht
4: erste A*-Kompensationsschicht
5: zweite A*-Kompensationsschicht
6: dritte C*-Kompensationsschicht
7: Flüssigkristallschicht
8: Hintergrundbeleuchtung
9: Lichtquelle
10: linearer Polarisationsfilter
11: Bildwiedergabeeinrichtung
12: Bildwiedergabeeinrichtung
13: Hintergrundbeleuchtung
14: Lichtleiter
15: Auskoppelelement
16: Polarisationsfilter
17: Leuchtmittel
R: Raumwinkelbereich

Claims

Hintergrundbeleuchtung (13), welche flächenartig ausgedehnt ist, Licht abstrahlt und einen optischen Film zur Kontrolle und Beschränkung eines Blickwinkelbereichs eines Betrachters aufweist, der optische Film umfassend - eine erste Polarisationsschicht (1) mit einer ersten Absorptionsachse, welche mit einer Oberflächennormalen des optischen Films einen Winkel von 0° bis 30° einschließlich einschließt, - mindestens eine phasenverschiebende Kompensationsschicht zur Verbesserung der Beschränkung des Blickwinkelbereichs und - eine zweite Polarisationsschicht (2) mit einer zweiten Absorptionsachse, welche parallel zu der Oberfläche des optischen Films orientiert ist, - dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Polarisationsschicht (1) und der zweiten Polarisationsschicht (2) in einer ersten Alternative i. eine erste B*-Kompensationsschicht (3) angeordnet ist, welche räumlich homogen ausgebildet ist und aus einem ersten, biaxial doppelbrechenden Material besteht, mit zwei optischen Achsen und drei Hauptbrechachsen, • wobei jeder der Hauptbrechachsen eineindeutig ein Brechungsindex n_x, n_y, n_z zugeordnet ist, • wobei entweder die Hauptbrechachse, zu welcher der kleinste Brechungsindex korrespondiert, oder die Hauptbrechachse, zu welcher der größte Brechungsindex korrespondiert, parallel zur ersten Absorptionsachse liegt, und • wobei für die erste B*-Kompensationsschicht (3) die Bedingung $Δ p h = \frac{2 π}{λ} d \cdot | n_{x} - n_{y} | < 2 π$
erfüllt ist, mit der Dicke d der ersten B*-Kompensationsschicht (3), der Phasenverschiebung Δph und einer vorgegebenen Wellenlänge λ, ii. in einer zweiten Alternative mindestens zwei Kompensationsschichten aus uniaxial doppelbrechenden Materialien angeordnet sind, wobei • eine erste, räumlich homogene „A*“-Kompensationsschicht (4) aus einem ersten uniaxial doppelbrechenden Material mit einer ersten optischen Achse und zwei ersten voneinander verschiedenen Hauptbrechachsen aufgebaut ist, wobei die erste optische Achse senkrecht oder parallel zur ersten Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht (1) liegt, und aus der Richtung eines Betrachters dahinter • eine zweite, räumlich homogene „A*“-Kompensationsschicht (5) angeordnet ist, welche aus einem zweiten uniaxial doppelbrechenden Material mit einer zweiten optischen Achse und zwei zweiten Hauptbrechachsen besteht, wobei die zweite optische Achse senkrecht zur ersten optischen Achse liegt, • wobei für jede der Kompensationsschichten die Bedingung $Δ p h = \frac{2 π}{λ} d \cdot | n_{e} - n_{o} | < 2 π$
erfüllt ist, mit der Dicke einer Kompensationsschicht d, der außerordentlichen Brechzahl n_e und der ordentlichen Brechzahl n_o, der Phasenverschiebung Δph und einer vorgegebenen Wellenlänge λ, - und wobei in beiden Alternativen i. und ii. die Materialien und Dicken d der Kompensationsschichten so vorgegeben sind, dass, gemessen in einem Kugelkoordinatensystem mit seinem Ursprung auf der Oberfläche des Films und in der Ebene der Oberfläche des Films, ausschließlich in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich R, welcher Azimutalwinkel φ, für welche |φ| und |180° - φ| kleiner als der Betrag eines vorgegebenen Grenzazimutalwinkels φ_lim ist, gemessen in Bezug auf eine Vorzugsrichtung in der Ebene der Oberfläche des Films, und Polarwinkel θ, deren Betrag größer als ein vorgegebener Grenzpolarwinkel θ_lim ist, gemessen in Bezug auf die Oberflächennormale oder, sofern die erste Absorptionsachse nicht parallel zur Oberflächennormalen liegt, gemessen in Bezug auf die erste Absorptionsachse und in einer Ebene, welche durch die Oberflächennormale und die erste Absorptionsachse aufgespannt wird, umfasst, die Leuchtdichte minimal ist.
Hintergrundbeleuchtung (13) nach Anspruch 1, Alternative ii., dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und zweiten „A*“-Kompensationsschicht eine dritte, räumlich homogene „C*“-Kompensationsschicht (6) angeordnet ist, welche aus einem dritten uniaxial doppelbrechenden Material mit einer dritten optischen Achse und zwei dritten Hauptbrechachsen aufgebaut ist, wobei die dritte optische Achse parallel zur ersten Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht (1) liegt.
Hintergrundbeleuchtung (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Absorptionsachse senkrecht zur Oberfläche des Films orientiert ist.
Hintergrundbeleuchtung (13) nach Anspruch 3 und Alternative i., wobei die Hauptbrechachse, zu welcher der kleinste Brechungsindex korrespondiert, parallel zur ersten Absorptionsachse liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste „B*“-Kompensationsschicht (3) als „-B“-Kompensationsschicht ausgebildet ist, mit n_x > n_y > n_z, , mit der Hauptbrechachse, zu welcher der kleinste Brechungsindex n_z, korrespondiert, parallel zur Oberflächennormalen und mit der Hauptbrechachse, zu der der größte Brechungsindex n_x korrespondiert, parallel zu der zweiten Absorptionsachse der zweiten Polarisationsschicht (2).
Hintergrundbeleuchtung (13) nach Anspruch 3 und Alternative i., wobei die Hauptbrechachse, zu welcher der größte Brechungsindex korrespondiert, parallel zur ersten Absorptionsachse liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste „B*“-Kompensationsschicht (3) als „+B“-Kompensationsschicht ausgebildet ist, mit n_z > n_x > n_y, mit der Hauptbrechachse, zu welcher der größte Brechungsindex n_z, korrespondiert, parallel zur Oberflächennormalen und mit der Hauptbrechachse, zu der der kleinste Brechungsindex n_y korrespondiert, parallel zu der zweiten Absorptionsachse der zweiten Polarisationsschicht (2).
Hintergrundbeleuchtung (13) nach Anspruch 3 und Alternative ii., dadurch gekennzeichnet, dass die erste „A*“-Kompensationsschicht (4) als „+A“-Kompensationsschicht, die zweite „A*“-Kompensationsschicht (5) als „-A“-Kompensationsschicht, oder umgekehrt ausgestaltet sind und, sofern eine dritte „C*“-Kompensationsschicht (6) vorhanden ist, diese als „-C“- oder „+C“-Kompensationsschicht ausgebildet ist.
Hintergrundbeleuchtung (13) nach Anspruch 1, Alternative ii., dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite „A*“-Kompensationsschicht (4, 5) identisch ausgebildet sind.
Hintergrundbeleuchtung (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Polarisationsschicht (2) und der dieser am nächsten angeordneten Kompensationsschicht eine zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbare Flüssigkristallschicht (7) angeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, in einem ersten Schaltzustand von der zweiten Polarisationsschicht (2) transmittiertes Licht mit unveränderter oder um 90° gedrehter Polarisation zu transmittieren und in einem zweiten Schaltzustand zirkular oder elliptisch oder linear polarisiert zu transmittieren.
Hintergrundbeleuchtung (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Polarisationsschicht (1) und der dieser am nächsten angeordneten Kompensationsschicht eine zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbare Flüssigkristallschicht (7) angeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, in einem ersten Schaltzustand von der ersten Polarisationsschicht (1) transmittiertes Licht mit unveränderter oder um 90° gedrehter Polarisation zu transmittieren und in einem zweiten Schaltzustand zirkular oder elliptisch oder linear polarisiert zu transmittieren.
Hintergrundbeleuchtung (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem vorgegebenen Raumwinkelbereich R die Verlustfunktion C₂ = ∫_R ln T(ϕ, θ) dΩ minimal ist, wobei T(φ, θ) die winkelabhängige Transmission ist und Ω den Raumwinkelbereich bezeichnet.
Hintergrundbeleuchtung (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzazimutalwinkel φ_lim zwischen 30° und 40° um eine Vorzugsrichtung liegt und/oder der Grenzpolarwinkel θ_lim zwischen 40° und 50° liegt.
Beleuchtungseinrichtung für einen Bildschirm, welche so konfiguriert ist, dass sie in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem Licht in einen gegenüber dem freien Sichtmodus eingeschränkten Raumwinkelbereich abgestrahlt wird, betrieben werden kann, umfassend - eine Hintergrundbeleuchtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 10 oder 11, - einen in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (13) gelegenen, plattenförmigen Lichtleiter (14), welcher auf mindestens einer der Großflächen und / oder innerhalb seines Volumens Auskoppelelemente (15) aufweist, - seitlich an mindestens einer Schmalseite des Lichtleiters (14) angeordnete Leuchtmittel (17), und - einen in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (13) oder vor dem Lichtleiter angeordneten linearen Polarisationsfilter (16), wodurch Licht, welches von der Hintergrundbeleuchtung (13) ausgeht und den linearen Polarisationsfilter (16) durchdringt, in seinen Ausbreitungsrichtungen eingeschränkt wird, - wobei in der Betriebsart B2 die Hintergrundbeleuchtung (13) eingeschaltet ist und die Leuchtmittel (17) ausgeschaltet sind, und wobei in der Betriebsart B1 mindestens die Leuchtmittel (17) eingeschaltet sind.
Bildschirm, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem Licht in einen gegenüber dem freien Sichtmodus für einen Betrachter eingeschränkten Blickwinkelbereich abgestrahlt wird, betrieben werden kann, umfassend - eine Hintergrundbeleuchtung (8) nach Anspruch 8 oder 9 mit einer zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbaren Flüssigkristallschicht (7), - einen in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (8) angeordneten linearen Polarisationsfilter (10), wodurch Licht, welches von der Hintergrundbeleuchtung (8) ausgeht und den linearen Polarisationsfilter (10) durchdringt, in seinen Ausbreitungsrichtungen eingeschränkt wird, und - eine transmissive Bildwiedergabeeinrichtung (11), welche in Betrachtungsrichtung vor der Hintergrundbeleuchtung (8) angeordnet ist, und in oder hinter welcher der lineare Polarisationsfilter (10) angeordnet ist, - wobei in der Betriebsart B2 die zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbare Flüssigkristallschicht (7) im ersten Schaltzustand, und wobei in der Betriebsart B1 die zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbare Flüssigkristallschicht (7) im zweiten Schaltzustand befindlich ist.
Bildschirm, der in mindestens zwei Betriebsarten B1 für einen freien Sichtmodus und B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus, in welchem Licht in einen gegenüber dem freien Sichtmodus für einen Betrachter eingeschränkten Blickwinkelbereich abgestrahlt wird, betrieben werden kann, umfassend - eine Bildwiedergabeeinrichtung (12), - in Betrachtungsrichtung vor der Bildwiedergabeeinrichtung (12) einen optischen Film mit einer zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbaren Flüssigkristallschicht (7), - wobei in der Betriebsart B2 die Flüssigkristallschicht (7) im ersten Schaltzustand, und wobei in der Betriebsart B1 die Flüssigkristallschicht (7) im zweiten Schaltzustand befindlich ist, - der optische Film umfassend eine erste Polarisationsschicht (1) mit einer ersten Absorptionsachse, welche mit einer Oberflächennormalen des optischen Films einen Winkel von 0° bis 30° einschließlich einschließt, mindestens eine phasenverschiebende Kompensationsschicht zur Verbesserung der Beschränkung des Blickwinkelbereichs und eine zweite Polarisationsschicht (2) mit einer zweiten Absorptionsachse, welche parallel zu der Oberfläche des optischen Films orientiert ist, wobei zwischen der ersten Polarisationsschicht (1) und der zweiten Polarisationsschicht (2) in einer ersten Alternative i. eine erste B*-Kompensationsschicht (3) angeordnet ist, welche räumlich homogen ausgebildet ist und aus einem ersten, biaxial doppelbrechenden Material besteht, mit zwei optischen Achsen und drei Hauptbrechachsen, • wobei jeder der Hauptbrechachsen eineindeutig ein Brechungsindex n_x, n_y, n_z zugeordnet ist, • wobei entweder die Hauptbrechachse, zu welcher der kleinste Brechungsindex korrespondiert, oder die Hauptbrechachse, zu welcher der größte Brechungsindex korrespondiert, parallel zur ersten Absorptionsachse liegt, und • wobei für die erste B*-Kompensationsschicht (3) die Bedingung $Δ p h = \frac{2 π}{λ} d \cdot | n_{x} - n_{y} | < 2 π$
erfüllt ist, mit der Dicke d der ersten B*-Kompensationsschicht (3), der Phasenverschiebung Δph und einer vorgegebenen Wellenlänge λ, ii. in einer zweiten Alternative mindestens zwei Kompensationsschichten aus uniaxial doppelbrechenden Materialien angeordnet sind, wobei • eine erste, räumlich homogene „A*“-Kompensationsschicht (4) aus einem ersten uniaxial doppelbrechenden Material mit einer ersten optischen Achse und zwei ersten voneinander verschiedenen Hauptbrechachsen aufgebaut ist, wobei die erste optische Achse senkrecht oder parallel zur ersten Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht (1) liegt, und aus der Richtung eines Betrachters dahinter • eine zweite, räumlich homogene „A*“-Kompensationsschicht (5) angeordnet ist, welche aus einem zweiten uniaxial doppelbrechenden Material mit einer zweiten optischen Achse und zwei zweiten Hauptbrechachsen besteht, wobei die zweite optische Achse senkrecht zur ersten optischen Achse liegt, • wobei für jede der Kompensationsschichten die Bedingung $Δ p h = \frac{2 π}{λ} d \cdot | n_{e} - n_{o} | < 2 π$
erfüllt ist, mit der Dicke einer Kompensationsschicht d, der außerordentlichen Brechzahl n_e und der ordentlichen Brechzahl n_o, der Phasenverschiebung Δph und einer vorgegebenen Wellenlänge λ, - wobei in beiden Alternativen i. und ii. die Materialien und Dicken d der Kompensationsschichten so vorgegeben sind, dass, gemessen in einem Kugelkoordinatensystem mit seinem Ursprung auf der Oberfläche des Films und in der Ebene der Oberfläche des Films, ausschließlich in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich R, welcher Azimutalwinkel φ, für welche |φ| und |180° - φ| kleiner als der Betrag eines vorgegebenen Grenzazimutalwinkels φ_lim ist, gemessen in Bezug auf eine Vorzugsrichtung in der Ebene der Oberfläche des Films, und Polarwinkel θ, deren Betrag größer als ein vorgegebener Grenzpolarwinkel θ_lim ist, gemessen in Bezug auf die Oberflächennormale oder, sofern die erste Absorptionsachse nicht parallel zur Oberflächennormalen liegt, gemessen in Bezug auf die erste Absorptionsachse und in einer Ebene, welche durch die Oberflächennormale und die erste Absorptionsachse aufgespannt wird, umfasst, die Leuchtdichte minimal ist, - und wobei • entweder zwischen der zweiten Polarisationsschicht (2) und der dieser am nächsten angeordneten Kompensationsschicht eine zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbare Flüssigkristallschicht (7) angeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, in einem ersten Schaltzustand von der zweiten Polarisationsschicht (2) transmittiertes Licht mit unveränderter oder um 90° gedrehter Polarisation zu transmittieren und in einem zweiten Schaltzustand zirkular oder elliptisch oder linear polarisiert zu transmittieren, • oder zwischen der ersten Polarisationsschicht (1) und der dieser am nächsten angeordneten Kompensationsschicht eine zwischen mindestens zwei Zuständen umschaltbare Flüssigkristallschicht (7) angeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, in einem ersten Schaltzustand von der ersten Polarisationsschicht (1) transmittiertes Licht mit unveränderter oder um 90° gedrehter Polarisation zu transmittieren und in einem zweiten Schaltzustand zirkular oder elliptisch oder linear polarisiert zu transmittieren.
Bildschirm nach Anspruch 14, Alternative ii., dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und zweiten „A*“-Kompensationsschicht eine dritte, räumlich homogene „C*“-Kompensationsschicht (6) angeordnet ist, welche aus einem dritten uniaxial doppelbrechenden Material mit einer dritten optischen Achse und zwei dritten Hauptbrechachsen aufgebaut ist, wobei die dritte optische Achse parallel zur ersten Absorptionsachse der ersten Polarisationsschicht (1) liegt.