(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過型画像生成器（５）を備えた表示画面（１）用の照明装置（１ａ）であって、前記画像生成器（５）は、サブピクセルから構成されるピクセルを特徴とし、前記照明装置（１ａ）は、少なくとも２つの動作モード、即ち、自由閲覧モード用のＢ１及び制限付き閲覧モード用のＢ２で動作することができ、
−広い角度範囲にわたって光を放射する平面拡張の背景照明器（２）と、
−視線方向から見て、前記背景照明器（２）の前に位置する板状の光ガイド（３）であって、その大きな表面の少なくとも１つ及び／又はその体積内には、複数のアウトカップリング要素（６）を備え、前記光ガイド（３）は、前記背景照明器（２）によって放出される光の少なくとも７０％に対して透過的である、光ガイド（３）と、
−前記光ガイド（３）の少なくとも１つの縁部に横方向に配置された光源（４）と、を具備し、
−前記アウトカップリング要素（６）は、前記光源（４）から発生し、全反射のために前記光ガイド（３）内にて前記大きな表面の間で前後に反射される光をアウトカップリングし、前記アウトカップリングは、材料接合部にて、機能的表面を特徴とする前記アウトカップリング要素（６）によって影響を受け、前記機能的表面は、前記機能的表面に入射する光が規定の相対角度範囲で前記大きな表面のうちの１つを通してアウトカップリングされるような傾斜を有し、
−さらに、前記アウトカップリング要素（６）は、下記の条件ａ〜ｃを満たし、
ａ．各アウトカップリング要素（６）は、前記画像生成器（５）の前記サブピクセルの幅と高さの小さい方よりも、その水平方向と垂直方向の寸法が小さく、
ｂ．前記光ガイド（３）の面法線に平行な投影方向では、少なくとも２つのアウトカップリング要素（６）の表面の一部又は全部が、前記画像生成器の各サブピクセルの下に配置され、
ｃ．前記光ガイド（３）の面法線に平行な投影方向では、前記アウトカップリング要素（６）の充填率が、前記光ガイド（３）の前記大きな表面の最大５０％である、
−さらに、前記光源（４）によって前記光ガイド（３）に放射され、前記アウトカップリング要素（６）によって前記光ガイド（３）からアウトカップリングされる光が、下記の条件Ａ及びＢを満たし、
Ａ．前記大きな表面のうちの１つからアウトカップリングされた光の総量の少なくとも８０％が、１つ又は２つの指定された相互に直交する優先方向に関連して、全体で最大６０°の相対角度範囲内で放射され、
Ｂ．前記光ガイド（３）からアウトカップリングされた光の量の５０％を上回る量が、前記背景照明器（２）から離れる方向又は前記背景照明器（２）に向かう方向のいずれかに放射される、
−動作モードＢ２では、前記背景照明器（２）はオフされ、前記光源（４）はオンされ、動作モードＢ１では、少なくとも前記背景照明器（２）がオンされる、照明装置（１ａ）。
【請求項２】
前記面法線に直交する正確に１つの優先方向が指定され、この優先方向は前記画像生成器（５）の向きに関して水平方向に対応することを特徴とする、請求項１に記載の照明装置（１ａ）。
【請求項３】
前記光ガイド（３）の大きな表面の少なくとも１つ及び／又はその体積内に、集束要素（６ａ）がさらに提供され、
前記アウトカップリング要素（６）によってアウトカップリングされた光であって、その少なくとも一部がその光の伝搬方向にある光の少なくとも５０％を制限し、
前記光源（４）によって前記光ガイド（３）に放射され、前記アウトカップリング要素（６）によって前記光ガイド（３）からアウトカップリングされ、光伝搬方向が前記集束要素（６ａ）によって影響を受ける光が、前記条件Ａ及びＢを満たす、ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の照明装置（１ａ）。
【請求項４】
前記光源（４）によって前記光ガイド（３）に放射され、前記アウトカップリング要素（６）によって前記光ガイド（３）からアウトカップリングされた光であって、前記１つ又は２つの指定された相互に直交する優先方向を基準とする光伝搬方向に関して前記集束要素（６ａ）によって影響を受けた光の平均アウトカップリング角度が、前記光ガイド（３）の前記表面全体にわたって変化することを特徴とする、請求項３に記載の照明装置（１ａ）。
【請求項５】
前記集束要素（６ａ）が前記大きな表面のうちの１つに設けられ、前記アウトカップリング要素（６）の少なくとも一部が反対側の大きな表面に配置され、前記集束要素の焦点が、前記反対側の大きな表面の平面内又はその近くにあることを特徴とする、請求項３又は４に記載の照明装置（１ａ）。
【請求項６】
前記アウトカップリング要素（６）及び／又は前記集束要素（６ａ）は、１００μｍの最大寸法を有することを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の照明装置（１ａ）。
【請求項７】
前記アウトカップリング要素（６）及び／又は前記集束要素（６ａ）は、マイクロレンズ及び／又はマイクロプリズム及び／又は３次元構造要素及び／又は回折構造及び／又は散乱要素から構成されることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の照明装置（１ａ）。
【請求項８】
前記アウトカップリング要素（６）及び／又は前記集束要素（６ａ）は、マイクロレンズ及び／又はマイクロプリズム及び／又は３次元構造要素から構成され、少なくとも部分的にミラー層で覆われる、請求項７に記載の照明装置（１ａ）。
【請求項９】
前記光ガイド（３）の体積内に形成されたアウトカップリング要素（６）及び／又は集束要素（６ａ）を備えた、請求項３〜７のいずれか１項に記載の照明装置（１ａ）であって、前記アウトカップリング要素は、マイクロレンズ、マイクロプリズム、回折構造、ナノ粒子及び／又は３次元構造要素の外形を有する空洞として構成されることを特徴とする照明装置（１ａ）。
【請求項１０】
前記アウトカップリング要素（６）及び／又は前記集束要素（６ａ）は、前記光ガイド（３）の前記大きな表面又は界面のうちの少なくとも１つに設置され、機械的処理、リソグラフィ、印刷、あるいは材料の塗布、変換又は溶解によってツールを用いて構造化されたポリマー又はガラスから形成されることを特徴とする、請求項３〜８のいずれか１項に記載の照明装置（１ａ）。
【請求項１１】
少なくとも２つの動作モード、即ち、自由閲覧モード用のＢ１及び制限付き閲覧モード用のＢ２にて動作することができる表示画面（１）であって、
−請求項１〜１０のいずれか１項に記載の照明装置（１ａ）と、
−視線方向から見て、前記光ガイド（３）の前に配置された透過型画像生成器（５）と、を具備する、表示画面（１）。
【請求項１２】
前記視線方向から見て、前記画像生成器（５）の前に、光のアウトカップリングのための手段を備え、光源（４ａ）による光を横方向に供給することができる第２の光ガイド（５ａ）が配置され、前記第２の光ガイド（５ａ）は、アウトカップリング要素（６）とともに構成されることを特徴とする、請求項１１に記載の表示画面（１）。
【請求項１３】
前記画像生成器（５）はＬＣＤパネルであり、前記光ガイド（３）の上又は下に偏光フィルタを配置することを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の表示画面（１）。
【請求項１４】
−前記視線方向から見て、前記板状の光ガイド（３）の前に配置され、第１の種類の偏光の光を透過し、第２の種類の偏光の光を反射する光学素子（８）と、
−前記視線方向から見て、前記板状の光ガイド（３）の後ろに位置する光学素子（９）であって、第１の選択肢では、切り替え可能なミラーとして構成され、前記光ガイド（３）の方向から来る光を反射し、第２の選択肢では、光の一部を恒久的に反射し、残りの光を同時に透過するか、あるいは第３の選択肢では、その偏光に応じて光を反射したり、及び／又は透過したりする、光学素子（９）と、をさらに具備する、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の表示画面（１）。
【請求項１５】
前記アウトカップリング要素（６）は、１００μｍの最大寸法を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の照明装置（１ａ）。
【請求項１６】
前記アウトカップリング要素（６）は、マイクロレンズ及び／又はマイクロプリズム及び／又は３次元構造要素及び／又は回折構造及び／又は散乱要素から構成されることを特徴とする、請求項１、２又は１５に記載の照明装置（１ａ）。
【請求項１７】
前記アウトカップリング要素（６）は、マイクロレンズ及び／又はマイクロプリズム及び／又は３次元構造要素から構成され、少なくとも部分的にミラー層で覆われる、請求項１６に記載の照明装置（１ａ）。
【請求項１８】
前記光ガイド（３）の体積内に形成されたアウトカップリング要素（６）を備えた、請求項１、２、１５又は１６に記載の照明装置（１ａ）であって、前記アウトカップリング要素は、マイクロレンズ、マイクロプリズム、回折構造、ナノ粒子及び／又は３次元構造要素の外形を有する空洞として構成されることを特徴とする照明装置（１ａ）。
【請求項１９】
前記アウトカップリング要素（６）は、前記光ガイド（３）の前記大きな表面又は界面のうちの少なくとも１つに設置され、機械的処理、リソグラフィ、印刷、あるいは材料の塗布、変換又は溶解によってツールを用いて構造化されたポリマー又はガラスから形成されることを特徴とする、請求項１、２、１５、１６又は１７に記載の照明装置（１ａ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
近年、ＬＣＤの視角の拡大に大きな進歩が見られた。しかし、表示画面のそのような非常に広い視野範囲が不利になる可能性がある状況になることが多い。銀行データ又は他の個人情報、機密データなどの情報が、ノートブック及びタブレットＰＣなどの携帯装置で利用できるようになることがますます増えている。このため、ユーザには、そのような機密データの閲覧を誰に許可するかをある程度制御する必要がある。ユーザには、例えば、休暇のスナップ写真を見たり、広告を読んだりするときに、表示された情報を他の人と共有するための広い視野角と、一方、表示された情報を非公開に保つために必要な狭い視野角との間から選択することができる必要がある。
【０００２】
車両製造でもほぼ同じ問題が発生する。ここでは、モータが作動しているときに、運転者はデジタル娯楽番組などの画像内容に気を取られてはならないが、助手席の乗員は乗車中にその画像内容を見たいと考えている。このため、必要なのは、対応する閲覧モードを切り替えることができる表示画面である。
【背景技術】
【０００３】
光学データ保護を可動ディスプレイに提供するために、マイクロルーバに基づくアクセサリ箔をすでに使用している。しかし、このような箔には、閲覧モードを切り替える機能がなく、手動で取り付け、取り外す必要があった。さらに、箔は、使用しないときは表示画面とは別に持ち運ぶ必要がある。実質的な欠点には、そのようなルーバ箔の使用に伴う光損失が挙げられる。
【０００４】
特許文献１（米国特許出願公開第２００９／００６７１５６号明細書）には、照明システム及び表示装置を構成するための多数の発想が開示される。特に、図３Ａ及び３Ｂに示されている様式では、楔形の光ガイドから構成された２つの（バックライトとしても知られている）背景照明器と、ＬＣＤパネルとが使用される。ここでは、後方背景照明器４０は、広い照明角度を積極的に作り出すことを意図するものであり、前方背景照明器３８は、狭い照明角度を積極的に作り出すことを意図するものである。しかし、背景照明器４０から発生し、広い照明角度を有する光を、背景照明器３８を通過するときに狭い照明角度を有する光に本質的に変換することなく、背景照明器３８が、どのように狭い照明角度を作り出すことを意味するのかはよくわからないままである。
【０００５】
特許文献１の図５に示される実施形態に関して、２つの光ガイド４６及び４８はそれぞれ、「狭い光」、即ち、狭い照明角度を有する光を生成することに留意されたい。光ガイド４８内の光を「広い光」、即ち、広い照明角度を有する光へ変換することは、複雑な過程で、プリズム構造を備える必要がある部分ミラー５０によってのみ達成される。この変換により、光の強度が極端に低下する。これは、狭い照明角度で最初に放射された光（使用可能な唯一の光）が、通例、次に、半空間内に、広い照明角度で広がるためである。その結果、パラメータに応じて、（輝度の観点での）明るさが５分の１以下に減少する。このため、この構成は実用的な関連性がほとんどない。
【０００６】
特許文献１の図７による実施形態では、ＵＶ光を可視光に変換するリン層が絶対に必要である。これはかなり複雑なものである。背景照明器から充分な光を取得してＬＣＤパネルを照らし、読み取ることができるようにすることを目的としていることを前提に、非常に高いＵＶ強度が必要である。このため、この実施形態は高価で複雑なものである。紫外線を遮断するだけでは実用的なものにはならない。
【０００７】
特許文献２（米国特許第５，９５６，１０７号明細書）には、表示画面をいくつかのモードで操作することができる切り替え可能な光源が開示される。ここでの不利な点は、光のアウトカップリングが散乱によって完全に影響を受けることである。これにより、効率は低くなり、光の指向性効果は最適ではなくなる。特に、集束光円錐を達成する方法は、詳細には開示されていない。
【０００８】
特許文献３（中国特許第１０７７３４１１８号明細書）には、表示画面が記載され、その視野角を２つの背景照明器によって制御することができる。この目的のために、２つの背景照明器の上部は、集束光を放射することを目的としている。この特別な構成を、不透明部分及び透明部分を備えた格子を特徴として説明している。しかし、起こりそうな結果として、第２の背景照明器の光は、最初の光がＬＣＤパネルの方向に透過する必要があるほか、集束され、その結果、広い視野角を対象とした一般閲覧モードは明確に角度の制限を受ける。
【０００９】
特許文献４（米国特許出願公開第２００７／０３０２４０号明細書）には、背景照明器から発生する光の伝搬方向を制御するための光学要素が記載される。例えば、ＰＤＬＣの形態の液晶を必要とするこの光学素子は、一方では高価であり、他方では、特にエンドユーザの用途にとって、原則としてＰＤＬＣ液晶が切り替え用に６０Ｖ以上の電圧を必要とするため、安全性に関して非常に重要である。
【００１０】
特許文献５（中国特許第１９８７６０６号明細書）にも、表示画面が記載され、その視野角を２つの背景照明装置によって制御することができる。特に、この表示画面は、光の意図された集束アウトカップリングを可能にするために楔形である必要のある「第１の光プレート」を特徴とする。集束光アウトカップリングの達成及び対応する角度条件のさらに細かい詳細を開示していない。
【００１１】
さらに、特許文献６（中国特許第１０６１９５７６６号明細書）には、２つの照明モードを切り替えるための２つの光源が開示され、集束光のアウトカップリングのための鋸歯状のアウトカップリング構造を特徴とする。ここでの欠点は、鋸歯状のアウトカップリング構造は、プライバシーモードに必要な電力の光集束を妨げるか防止もする妨害垂直側面を備えていることである。
【００１２】
さらに、特許文献７（米国特許出願公開第２０１８／０２６７３４４号明細書）には、２つの平坦照明モジュールを備えるアセンブリが記載されている。ここでは、（視線方向から見た場合の）後方照明モジュールからの光は、別の構造によって集束される。光は、集束後、散乱要素を備えた前方照明モジュールを通過する必要がある。このため、プライバシーに対して充分強力な光集束を最適に実施することができない。
【００１３】
特許文献８（独国特許出願公開第１１ ２０１０ ００４ ６６０号明細書）には、切り替え可能な背景照明器を備えたＬＣＤ配置が記載されている。ここでは、後方背景照明器からの光は、前方背景照明器によって変換される。
【００１４】
最後に、特許文献９（米国特許出願公開第２００７／０００８４５６号明細書）には、光放射角度を少なくとも３つの範囲に分割し、原則としてそのうちの２つが光を受け取ることが開示されている。その結果、そのように照らされ、プライバシー保護されたディスプレイを、一方向からしか見ることができない場合がある。
【００１５】
原則として、上記の方法及び配置は、基本的な表示画面の輝度を著しく低下させたり、及び／又はモードを切り替えるために、能動的、あるいは少なくとも特別な光学要素を必要としたり、及び／又は自由閲覧モードにて解像度を作成したり、及び／又は低下させたりするのに複雑で高価であったりするという欠点を共有する。
【００１６】
出願人の特許文献１０（国際公開第２０１５／１２１３９８号）には、冒頭で説明した種類の表示画面が記載されていた。モードを切り替えるために、この画面は、それぞれの光ガイドの体積内で提供された散乱粒子を基本的に特徴としている。しかし、原則として、そこで選択され、重合物から構成された散乱粒子は、光が両方の大きな表面からアウトカップリングされ、それによって有用な光の約半分が間違った方向、即ち、背景照明器具に向かう方向に放射され、この配置のために、光を充分に再利用することができないという共通の欠点を有する。さらに、光ガイドの体積内にて、特に高濃度で分布する重合体の散乱粒子は、保護モードでのプライバシー効果を低下させる可能性のある散乱効果をもたらす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／００６７１５６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９５６，１０７号明細書
【特許文献３】中国特許第１０７７３４１１８号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００７／０３０２４０号明細書
【特許文献５】中国特許第１９８７６０６号明細書
【特許文献６】中国特許第１０６１９５７６６号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１８／０２６７３４４号明細書
【特許文献８】独国特許出願公開第１１ ２０１０ ００４ ６６０号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００７／０００８４５６号明細書
【特許文献１０】国際公開第２０１５／１２１３９８号
【発明の概要】
【００１８】
そこから離れて、本発明の課題は、照明装置画面を説明することである。この照明装置画面によって、表示画面と協働して、任意選択で制限された視野角によって情報の確実な提示を実施することができ、第２の動作モードでは、可能な限り制限のない視野角での自由な視界を可能にする。本発明は、単純な手段によって、可能な限り低価格で実施可能であることを目的としている。どちらの動作モードでも、使用する画面の固有解像度を特に優先して、可能な限り最高の解像度にて見ることができる必要がある。さらに、本発明の解決策では、光損失が可能な限り最小になる必要がある。
【００１９】
本発明によれば、この課題は、透過型画像生成器を備えた表示画面用の照明装置によって解決される。画像生成器は、サブピクセルから構成されるピクセルを特徴とする。照明装置は、少なくとも２つのモード、即ち、自由閲覧モード用のＢ１及び制限付き閲覧モード用のＢ２で動作することができる。この照明装置は、
−広い角度範囲（「広い」は９０°を上回る角度又は１２０°を上回る角度も意味し、背景照明器の面法線に直交する１つ又は２つの優先方向に対して規定されることがある）にわたって光を放射する平面拡張の背景照明器と、
−（視線方向から見て）背景照明器の前に位置する板状の光ガイドであって、その大きな表面の少なくとも１つ及び／又はその体積内には、複数のアウトカップリング要素と、任意選択で集束要素とを備え、光ガイドは、背景照明器によって放出される光の少なくとも７０％に対して透過的である、光ガイドと、
−光ガイドの少なくとも１つの縁部に横方向に配置された光源と、を備える。
−アウトカップリング要素は、光源から発生し、全反射のために大きな表面の間で前後に反射される光をアウトカップリングし、このアウトカップリングは、アウトカップリング要素の材料接合部に設けられた機能的表面によって影響を受け（これは、例えば、光ガイド材料と空気、あるいは適用されたミラー被覆又は格子との間の屈折率の切り替えである場合がある）、この機能的表面は、構造、例えば、機能的表面に入射する光が規定の相対角度範囲で大きな表面のうちの１つを通してアウトカップリングされることになるような傾斜を有し、
−集束要素は、提供される場合、アウトカップリング要素によってアウトカップリングされた光の少なくとも５０％を、その伝搬方向に少なくとも部分的に制限し、
−アウトカップリング要素の形態、単位面積あたりの数及び拡張は、
−各アウトカップリング要素は、画像生成器のサブピクセルの幅と高さのうちの小さい方よりも、その水平方向と垂直方向の寸法が小さく（好ましくは、画像生成器のサブピクセルの幅と高さのうちの小さい方の半分よりも小さい。このようにして、画像はいっそう均質になり、構造パターンとサブピクセルパターンの重ね合わせの現象を回避することができる可能性がある）、
−光ガイドの面法線に平行な投影方向では、少なくとも２つのアウトカップリング要素の表面の一部又は全部が、画像生成器の各サブピクセルの下に配置され（好ましくは２つより多く、例えば、３つ、４つ、あるいはそれより多くのアウトカップリング要素が、それぞれ全体的又は部分的に、画像生成器の各サブピクセルの下にて、光ガイドの面法線に平行な投影方向に配置され）、
−光ガイドの面法線に平行な投影方向では、アウトカップリング要素の充填率が、光ガイドの大きな表面の最大５０％である（これは、背景照明器からの充分に集束されていない光が、影響を受けていない光ガイドを透過することを確実なものにする）、方法で選択され、
−さらに、光ガイドの大きな表面のうちの少なくとも１つの上及び／又は体積内でのアウトカップリング要素と、提供される場合には、集束要素との分布のほか、それぞれの形態を、
光源によって光ガイドに放射され、アウトカップリング要素によって光ガイドからアウトカップリングされる光が、
−大きな表面のうちの１つからアウトカップリングされた光の総量の少なくとも８０％が、１つ又は２つの指定された相互に直交する優先方向に関連して、全体で最大６０°、好ましくは４０°の相対角度範囲内（例えば、中央に集束した光の方向の場合は、−２０°から＋２０°の間、あるいは横に傾いた光の方向の場合は、−３０°から＋１０°の間の水平角度範囲）で放射され、
−光ガイドからアウトカップリングされた光の量の５０％を上回る量が、背景照明器から離れる方向又は背景照明器に向かう方向のいずれかに放射される、という条件を満たすように、指定し、
−動作モードＢ２では、背景照明器はオフされ、光源はオンされ、動作モードＢ１では、少なくとも背景照明器がオンされる。
【００２０】
照明装置では、光ガイドは、例えば、透明なプラスチック又はガラスから構成される。例えば、光ガイド又はその基板は、その重量に関連して、少なくとも４０重量％のポリメチルメタクリレート、好ましくは少なくとも６０重量％のポリメチルメタクリレートを含有してもよい。これとは別に、材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＣＯＰ又はＰＭＭＩであってもよい。他の実施形態も可能である。
【００２１】
本発明に不可欠な所望の特性、即ち、アウトカップリング要素の単位面積あたりの数、アウトカップリング要素の３次元での形態及び拡張のほか、アウトカップリング要素の少なくとも１つの大きな表面にわたる分布及び／又は光ガイドの体積内での分布に関する特性は、例えば、Ｓｙｎｏｐｓｉｓ又は他の供給会社による「ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ」などのいくつかの光学シミュレーションソフトウェアを使用して決定することができ、次に物理的に実装することができる。
【００２２】
場合によっては有用なアウトカップリング要素６の３次元形態の例が、米国特許出願公開第２０１８／００８８２７０号明細書、特に付随する本文の説明に関連する図３Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図９又は図１０に記載されている。
【００２３】
従来技術では、上記の光ガイドの放射特性は、例えば、反射器、ＢＥＦ、ＤＢＥＦ、プリズム箔及び／又は層状フィルタなどの補助層なしでは達成されない。ここで、特別な放射特性は、光収量の適切な効率の達成のために特に使用され、制限モードＢ２では、本発明の照明装置を備えた表示画面には、典型的には、狭い角度範囲のみから視認可能であることが求められるため、このモードでの光の集束のために特に使用される。
【００２４】
優先方向は、外側参照フレームでの上記の垂直方向又は水平方向と同等であってもよい。
【００２５】
多くの用途では、面法線に直交する１つの優先方向を正確に指定する。この方向は、画像生成器の向きを基準にした水平方向に対応する。
【００２６】
アウトカップリング要素及び／又は集束要素は、好ましくは１００μｍ、さらに好ましくは８μｍから３０μｍの間の最大寸法を有する。
【００２７】
集束要素が光ガイドの大きな表面のうちの１つに設けられる場合、好ましくは、アウトカップリング要素の少なくとも一部が反対側の大きな表面に配置される。この場合、集束要素の焦点は、任意選択で、上記の反対側の大きな表面の平面内又は平面の近傍に位置する。各集束要素の焦点が対応するアウトカップリング要素に位置する場合、集束要素による光配向が特に効率的になる。
【００２８】
さらに、集束要素は、好ましくは、場合によっては、それぞれのサイズ、形態及び／又は焦点位置を、平面背景照明器から発生して光ガイドを透過する光がその強度の損失をほとんど受けないように（即ち、半空間全体で最大２０％）適応させることによって実装される。
【００２９】
理想的には、光ガイドは、光源によって光ガイドに放射され、光ガイドからアウトカップリング要素によってアウトカップリングされ、相互に直交する指定優先方向のうちの１つ又は２つを基準とするその伝搬方向については集束要素（提供される場合）の影響を受ける光の半分より多くが、表面全体にわたって変化する平均放射角を有するように、実装される。このため、平均アウトカップリング角度は、光ガイドの表面全体で変化する。次に、画像生成器との相互作用では、閲覧者によって知覚される画像は、この閲覧者に焦点を合わせられる。これは、従来技術にて一般的であるように、光が平行なマイクロルーバによって束ねられた場合には、当てはまらないであろう。
【００３０】
さらに、アウトカップリング要素及び／又は集束要素は、特に光ガイドの広い表面上に形成されている場合、マイクロレンズ及び／又はマイクロプリズム及び／又は回折構造（格子）及び／又は３次元構造要素から構成される。このほか、特に、アウトカップリング要素として、例えば、散乱要素が適格である。集束要素として、光の方向を制限するマイクロルーバも適格である。さらに、上記の様式の組み合わせを、アウトカップリング要素及び／又は集束要素として使用することができる。他の可能な構成には、例えば、プリズムのような３次元構造が挙げられる。
【００３１】
光ガイドの製造では、アウトカップリング要素のほか、集束要素（提供される場合）は、原則として、光アウトカップリングの適応可能かつ指定可能な条件を満たすためのさまざまな方法で光ガイド内又は光ガイド上に分散させることができる。アウトカップリング要素は、光ガイドの体積内又は／及び表面上の局所的に制限された構造変化である。このため、アウトカップリング要素の概念のほか、集束要素の概念は、例えば、拡散被覆、反射被覆、あるいは輝度向上又は偏光−再利用（二重輝度向上）フィルム（（Ｄ）ＢＥＦ）など、光ガイドの表面に適用された追加の任意の光学層を明示的に対象とすることはない。「アウトカップリング要素」の概念が対象としていないこのような追加の層は、光ガイドを用いて物理的な実体を形成することなく、大きな表面上に緩くではあるが正常に載置される。対照的に、大きな表面に塗布され、化学反応によって光ガイドに結合するワニスが、光ガイドを用いて物理的な実体を形成し、その実体から分離することはできない。このため、そのようなワニスは、上記の意味で追加の層として考慮しない。
【００３２】
アウトカップリング要素の構造は指定することができ、その結果、各アウトカップリング要素の効果は少なくともほぼ既知であり、光ガイド又は光ガイドを出る光の特性は、アウトカップリング要素の所与の分布及びそれぞれの形式によって規定することができる。
【００３３】
さらに、アウトカップリング要素及び／又は集束要素は、それぞれがマイクロレンズ及び／又はマイクロプリズム及び／又は３次元構造要素から構成される場合、少なくとも部分的に反射層によって覆われることが可能である。この層は、全体的又は部分的な反射、特に角度に依存する反射を特徴とする場合がある。
【００３４】
これとは別に、光ガイドの体積内のアウトカップリング要素は、空洞として構成されている場合、好ましくは、マイクロレンズ、マイクロプリズム、回折構造、ナノ粒子及び／又は３次元構造要素の外形を有する。ここでもまた、組み合わせ及び／又は他の構成、例えば、プリズムのような３次元構造が可能である。
【００３５】
空洞は、気体、液体又は固体の材料で充填され、その材料は、光ガイドに使用される材料の屈折率とは異なり、好ましくはその屈折率よりも低い屈折率を有するか、あるいは空洞は真空状態にされる。
【００３６】
さらに、空洞は、気体、液体又は固体の材料で充填することができ、その材料は、光ガイドに使用される材料のヘイズ値とは異なり、好ましくはそのヘイズ値よりも高いヘイズ値を有する。
【００３７】
最後に、光ガイドは、好ましくは同じタイプの２つの基板層であって、インターフェースを介して互いに組み合わされた基板層によって形成することができる。ここで、空洞は、インターフェースのうちの少なくとも１つにポケットとして形成される。好ましくは、空洞は、マイクロレンズ、マイクロプリズム、３次元構造要素又は回折構造の外形を有する。
【００３８】
回折構造の場合、回折構造は、例えば、ホログラム又は格子／回折格子であってもよい。
【００３９】
アウトカップリング要素及び／又は集束要素は、光ガイドの大きな表面のうちの少なくとも１つに設けられる場合、エンボス加工ツールによって構造化されたポリマー（例えば、ワニス、ＰＣ又はＰＭＭＡなどのプラスチックなど）又はガラスから有利に形成される。これは、大量生産では、例えば、ＵＶ硬化材料（例えば、ラッカー又はワニス、モノマーなど）を光ガイド基板上に塗布し、ツールによってこの材料を構造化し、ＵＶ放射線、例えば、重合によって硬化させることによって可能である。このほか、放射線によって硬化可能な他の材料を使用することができる。アウトカップリング要素を実装するためのポケットの形成を、例えば、機械的に実施するか、リソグラフィ又は印刷によって実施するか、あるいは材料の堆積、変換、除去又は溶解によっても実施することができる。
【００４０】
このようにして、例えば、格子構造、マイクロプリズム（表面のプラスチック部分が外側を示す凸面及び／又は構造化プラスチックの表面層内の模様又は窪みとしての凹面）、他の形状の３次元構造要素、あるいは低コストで大量生産に適したマイクロレンズを実装することが可能である。凹面構造と凸面構造を等しく使用することができる。
【００４１】
このほか、体積内のアウトカップリング要素として適格であるのは、例えば、二酸化チタンなどのナノ粒子である。
【００４２】
アウトカップリング要素及び／又は集束要素を、両方の大きな表面上に設けるほか、任意選択で体積内に設ける可能性がある。
【００４３】
さらに、光源の光インカップリング側の反対側の光ガイドの縁部に吸収層を配置することは有利であることがあり、その結果、吸収層に入射する光は再び戻されず、望ましくない角度でアウトカップリングされる可能性がある。
【００４４】
好ましくは、本発明は、少なくとも２つの動作モード、即ち、自由閲覧モード用のＢ１及び制限付き閲覧モード用のＢ２で動作することができ、少なくとも以下の構成要素、
−本発明による照明装置と、
−（視線方向から見て）光ガイドの前に配置された透過型画像生成器と、を備える表示画面に実装される。
【００４５】
以下の考察で考慮される画像生成器は、ＬＣＤパネルである。ここでは、少なくとも１つの偏光フィルタを光ガイドの上又は下に配置することが有利であることがある（一般に、このフィルタは光を直線的に偏光し、その偏光方向はＬＣＤパネルの入力側の偏光方向と平行である）。そのような偏光フィルタを（視線方向での）光ガイドの後ろに設ける場合、ＬＣＤパネルによって反射され、ＬＣＤパネルの入力側の偏光方向と平行に偏光されない光が吸収されることになるため、内部に散乱することも、閲覧モードＢ２の品質に有益な光ガイドによって反射されることもない。対照的に、この偏光フィルタを（視線方向での）光ガイドの前に配置する場合、そこでＬＣＤパネルによって反射され、ＬＣＤパネルの入力側の偏光方向と平行に偏光されない光は、吸収されることになる。これは、有利なことに、光ガイドにてこの光が迷光としてパネルに戻されることがあり得、閲覧モードＢ２を劣化させる可能性があるため、光がＬＣＤパネルによって反射されて光ガイドに戻ることはないか、ほとんどないことを意味する。
【００４６】
画像生成器としてのこのＬＣＤパネルは、好ましくは、１０％の最大ヘイズ値及び／又は最大の所定の散乱特性を有する。散乱特性では、例えば、ＬＣＤパネルを通過する光の少なくとも９０％が最大１０°散乱される可能性も否定できない。
【００４７】
有利なことに、本発明の照明装置は、ＬＣＤパネルと相互作用して、ＬＣＤパネルの入力側に適していない方法で偏光された光を再利用するための画像生成器として構成することができる。次に、この照明装置は、
−（視線方向から見て）板状の光ガイドの前に位置し、第１の種類の偏光の光（この種類の偏光は、ＬＣＤパネルの入力側偏光に対応する）を透過し、第２の種類の偏光の光を反射する光学素子と、
−板状の光ガイドの後ろに位置する光学素子であって、第１の選択肢では、切り替え可能なミラーとして構成され、任意選択で光ガイドの方向から来る光を反射するか、あるいは第２の選択肢では、光を恒久的かつ同時に反射して透過するか、あるいは第３の選択肢では、その偏光に応じて光を反射したり、及び／又は透過したりする、光学素子と、をさらに備える。
【００４８】
この有用な構成では、この構成以外ではＬＣＤの入力側偏光フィルタによって吸収されるため、装置の動作に利用されないであろう第２のタイプの偏光の光が、光ガイドを介して光学素子に戻される。次に、この光学素子は、光学素子から発生し、光学素子に入射する光の少なくとも一部をＬＣＤパネルに向けて戻す。その光の少なくとも一部は、アウトカップリング要素及び／又は集束要素を備えた光ガイドによって反射されたり、及び／又はその光ガイドを通過したりすることにより、異なる方法で偏光され、その結果、ＬＣＤパネルの入力側偏光子を通過するため、構成の効率を向上させることになる。理想的には、この構成では、光ガイドは複屈折を備えていないか、ほとんど備えていないため、偏光再利用は目に見えるカラーパターンなしで動作する。
【００４９】
この構成の別の様式では、少なくとも１つの遅延要素及び／又は部分的に反射するミラーが設けられる。
【００５０】
それとは別に、アウトカップリング要素が、異なる形状及び／又はサイズによって異なってもよい。
【００５１】
さらに、Ｂ２モードのためのこの制限された角度範囲が、背景照明器の面法線周りに非対称に配置される場合、いくつかの用途では有利である。非対称性は、好ましくは、優先方向のうちの１つに配置される。これは、特に車両での使用、例えば、本発明の照明装置と組み合わせた表示画面が、運転者と助手席の乗員との間のほぼ中央の（中央情報ディスプレイとして知られている）ダッシュボードに配置されている場合に役立つ。ここで、Ｂ３モードの制限された角度範囲は、助手席の乗員による視覚のみを目的としており、非対称に構成、即ち、この乗員の方向に向けて構成する必要がある。ここで、非対称性が形成される優先方向は、水平方向に対応する。
【００５２】
背景照明器は、例えば、光源からの光を受け取る光ガイドと、拡散器と、少なくとも１つのプリズム箔と、場合によっては、偏光反射器（３Ｍ  ＤＢＥＦ（商標）又はワイヤグリッド偏光子）であって、その偏光透過率は、ＬＣＤパネルの入力側の偏光透過率と一致する偏光反射器と、背面の反射器とを備えたＬＣＤに典型的な背景照明器ユニットから構成される。他の実施形態も可能である。このため、背景照明器は、基本的に、ＬＥＤ背景照明器、例えば、サイドライト、エッジライト、直接ＬＥＤバックライト、エッジＬＥＤバックライト、ＯＬＥＤ又は他の何らかの表面エミッタのように設計されてもよい。
【００５３】
反射を低減するか制御するための手段、例えば、防幻被覆及び／又は反射防止被覆を、画像生成器の上側及び／又は光ガイドの大きな表面の少なくとも１つに配置してもよい。
【００５４】
表示画面を備えた本発明の照明装置は、助手席の乗員のみ（モードＢ２の場合）、あるいは同時に運転者と助手席の乗員（モードＢ１の場合）のいずれかに対する画像内容の任意選択の提示のための車内の特定の優位性に適用可能である。モードＢ２は、例えば、運転者の気を散らす可能性がある娯楽コンテンツを乗員が見ている場合に役立つ。
【００５５】
このほか、本発明による表示画面を、ＰＩＮ番号、電子メール、テキストメッセージ又はパスワードなどの機密データを現金自動支払機、決済端末又は携帯装置にて入力するか読み取るために使用することができる。
【００５６】
これまでに挙げた全実施形態では、光源は、ＬＥＤ、ＬＥＤライン又はレーザダイオードであってもよい。他の様式も実行可能であり、本発明の範囲内である。
【００５７】
本発明の表示画面の別の実施形態では、（視線方向での）画像生成器の前にて、光のアウトカップリングのための手段を備えた（例えば、ガラス、ポリマー又は何らかのプラスチック製の）別の光ガイドが、光源から横方向に光を供給することができるように配置されている。ここで使用されるアウトカップリング手段は、例えば、上記のもの、あるいは先行技術で知られているもの、例えば、適切なサイズ及び量の二酸化チタン、硫酸バリウムなどの（例えば、国際公開第２０１５／１２１３９８号及び国際公開第２０１７／０８９４８２号に記載されている）ナノ粒子であり、光ガイドの体積内に均一に分布する。この実施形態によって、モードＢ２に意図せずに残されたあらゆる残留光を、コントラストが知覚されず、このため画像が知覚されない程度まで、実際にアイコンタクトから保護される角度範囲に重ね合わせるか、照射してもよい。このため、解放されていない角度から画像を見ることができない。ここでも、アウトカップリング要素は、空洞の形態で構成されても、インターフェース上に作成されてもよい。これにより、例えば、車内の用途の場合、情報が助手席の乗員にのみ表示され、運転者には表示されないようにする。放射線は空間のそれぞれの部分に制限されている。
【００５８】
適切な光源は、色付きの光又は白色の光を放射するように設計される。光源は、透過型画像生成器によって提示された画像には現れない色の光を放射することができる。
【００５９】
これとは別に、光源が、透過性画像によって提示された画像に現れるか、色スペクトルでのそのような色に近い色の光を放射することが可能である。最後に、光源は、透過型画像生成器によって提示された画像に現れる色を補色する色にほぼ対応する色の光を放射することが可能である。
【００６０】
「着色光」という用語は、白ではない可視光、即ち、例えば、赤、緑、青、ターコイズ、シアン、マゼンタ又は黄の色の光を特に指す。さらに、この光は、任意選択で、さまざまな程度の明るさで放射されてもよい。さらに、光源が放出する光の色度が、例えば、色相及び／又は明るさに関して、時間とともに変調される可能性がある。さらに、光源は、さまざまな光源、例えば、異なる色相及び／又は異なる明るさの光を同時に放射するか、時間及び／又は空間の間隔をあけて放射するＬＥＤ列のＲＧＢ−ＬＥＤを含んでもよい。
【００６１】
さらに、制限された視覚モードＢ２のための所望の制限された角度範囲は、水平方向及び垂直方向に対して互いに独立して規定され、実装されてもよい。例えば、身長の異なる人が現金自動支払機のディスプレイを見ようとしているが、側面からの視覚が高度又は完全に制限されたままである場合に、例えば、垂直方向の角度が水平方向の角度よりも大きい（あるいは場合によっては制限がまったくない）ことは有用である場合がある。対照的に、安全規制により、ＰＯＳ決済端末では、モードＢ２にて水平方向と垂直方向の両方で視界を制限する必要があることがよくある。
【００６２】
原則として、本発明の動作は、上記のパラメータが特定の制限内で変化したとしても影響を受けない状態を維持する。
【００６３】
これまでに挙げた特徴及び以下に説明する特徴は、記載した組み合わせだけでなく、他の組み合わせでも適用可能であり、あるいは本発明の範囲を逸脱することなく独立した特徴として適用可能であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
以下、本発明を、とりわけ本発明に不可欠な特徴も示す添付の図面を参照して、さらに詳細に説明する。
【図１】自由閲覧モードのための動作モードＢ１にて画像生成器と相互作用する本発明の照明装置の原理を示す略図。
【図２】制限付き閲覧モードのための動作モードＢ２にて画像生成器と相互作用する本発明の照明装置の原理を示す略図。
【図３】画像生成器のサブピクセルの光ガイドのアウトカップリング要素への平行投影を説明するための概略図。
【図４】別の実施形態での制限付き閲覧モードのためのモードＢ２の画像生成器と相互作用する本発明の照明装置の原理を示す略図。
【図５ａ】選択された角度範囲を対象にする光ガイドからアウトカップリングされた光量の例示的な図。
【図５ｂ】選択された角度範囲を対象にする光ガイドからアウトカップリングされた光量の例示的な図。
【図５ｃ】選択された角度範囲を対象にする光ガイドからアウトカップリングされた光量の例示的な図。
【図６】集束要素を包含するさらに別の実施形態での制限付き閲覧モードのためのモードＢ２の画像生成器と相互作用する本発明の照明装置の原理を示す略図。
【図７】不適切なタイプの偏光の光が少なくとも部分的に再利用される例示的なアセンブリの概略図。
【図８】水平方向の規定の概略図。
【００６５】
図面は、縮尺どおりではなく、原理のみを示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
図１は、透過型画像生成器５を備えた表示画面１用の本発明の照明装置１ａの原理を示す略図であり、画像生成器５は、サブピクセルから構成されるピクセルを特徴とし、照明装置１ａは、少なくとも２つの動作モード、即ち、自由閲覧モード用のＢ１及び制限付き閲覧モード用のＢ２で動作可能である。本発明の照明装置１ａは、
−広い角度範囲（「広い」は９０°を上回る角度又は１２０°を上回る角度も意味し、背景照明器の面法線に直交する１つ又は２つの優先方向に対して規定されることがある）にわたって光を放射する平面拡張の背景照明器２と、
−（視線方向から見て）背景照明器２の前に位置し、大きな表面のうちの１つに複数のアウトカップリング要素６（その一部のみが誇張されたサイズで描かれている）を備えた板状の光ガイド３であって、光ガイド３は、背景照明器２によって放出される光の少なくとも７０％に対して透過的である、光ガイド３と、
−光ガイド３の少なくとも１つの縁部に横方向に配置された光源４と、を備える。
−光源４から発生し、全反射のために光ガイド３内にて大きな表面の間で前後に反射される光のアウトカップリングが、材料接合部にて機能的表面を有するアウトカップリング要素６（場合によっては、光ガイド材料と空気、あるいは適用されたミラー被覆又は格子との間の屈折率の切り替え）のために影響を受け、機能的表面は、構造、例えば、機能的表面に入射する光が規定の相対角度範囲で大きな表面のうちの１つを通してアウトカップリングされるような傾斜を有し、
−さらに、アウトカップリング要素６の形態、単位面積あたりの数及び拡張は、
−各アウトカップリング要素６は、画像生成器５のサブピクセルの幅と高さのうちの小さい方よりも、その水平方向と垂直方向の寸法が小さく（好ましくは、画像生成器のサブピクセルの幅と高さのうちの小さい方の半分よりも小さい。このようにして、画像はいっそう均質になり、構造パターンとサブピクセルパターンの重ね合わせの現象を回避することができる可能性がある）、
−光ガイド３の面法線に平行な投影方向では、少なくとも２つのアウトカップリング要素６の表面の一部又は全部が、画像生成器５の各サブピクセルの下に配置され（好ましくは２つより多く、例えば、３つ、４つ、あるいはそれより多くのアウトカップリング要素が、それぞれ全体的又は部分的に、画像生成器の各サブピクセルの下にて、光ガイドの面法線に平行な投影方向に配置され）、
−光ガイド３の面法線に平行な投影方向では、アウトカップリング要素６の充填率が、光ガイド３の大きな表面の最大５０％である（これは、背景照明器からの充分に集束されていない光が、影響を受けていない光ガイドを透過することを確実なものにし、これにより、背景照明器２から発生する光がアウトカップリング要素６を透過することを明示的に可能にする）、方法で選択され、
−さらに、光ガイド３の大きな表面のうちの少なくとも１つの上及び／又は体積内でのアウトカップリング要素６の分布のほか、それぞれの形態を、
光源４によって光ガイド３に放射され、アウトカップリング要素６によって光ガイド３からアウトカップリングされる光が、
−大きな表面のうちの１つからアウトカップリングされた光の総量の少なくとも８０％が、１つ又は２つの指定された相互に直交する優先方向に関連して、全体で最大６０°、好ましくは４０°の相対角度範囲内（例えば、中央に集束した光の方向の場合は、−２０°から＋２０°の間、あるいは横に傾いた光の方向の場合は、−３０°から＋１０°の間の水平角度範囲）で放射され、
−光ガイド３からアウトカップリングされた光の量の５０％を上回る量が、背景照明器２から離れる方向又は背景照明器２に向かう方向のいずれかに放射される、という条件を満たすように、指定し、
−動作モードＢ２では、背景照明器２はオフされ、光源４はオンされ、動作モードＢ１では、少なくとも背景照明器２がオンされる。
【００６７】
優先方向は、光ガイド３上の平面内又は背景照明器２の表面上で互いに直交して延びる。次に、表示画面１は、例えば、決済端末又は自動車内で動作しているとき、その外部環境に対して固定され、優先方向には（表示画面１の「肖像画」又は「風景」の向きに関係なく）、例えば、厳密に言えば、環境の外部座標系を指す「垂直」及び「水平」という用語を割り当てることができる。「垂直」は表示画面１の上から下の方向に対応するのに対し、「水平」は、図８に「Ｈ」方向（「水平」に相当）で示すように、左から右の方向に対応する。
【００６８】
照明装置１ａでは、光ガイド３は、例えば、透明なプラスチック又はガラスから構成される。例えば、光ガイド又はその基板は、その重量に関連して、少なくとも４０重量％のポリメチルメタクリレート、好ましくは少なくとも６０重量％のポリメチルメタクリレートを含有してもよい。これとは別に、材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＣＯＰ又はＰＭＭＩであってもよい。他の実施形態も可能である。
【００６９】
本発明に不可欠な所望の特性、即ち、アウトカップリング要素６の特性であって、単位面積あたりのその数、３次元でのそれぞれの形態及び拡張のほか、大きな表面のうちの少なくとも１つにわたるその分布及び／又は光ガイド３の体積内のその分布に関する特性は、例えば、Ｓｙｎｏｐｓｉｓ又は他の供給会社による「ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ」などの光学シミュレーションソフトウェアを使用して決定することができ、その後、物理的に実装することができる。
【００７０】
アウトカップリング要素６の構造は、各アウトカップリング要素６の効果が少なくともほぼ既知であり、光ガイド３又は光ガイド３を出る光の特性をアウトカップリング要素とそれぞれの形態の所与の分布によって定めることができるように、指定することができる。
【００７１】
アウトカップリング要素６の実行可能に有用な３次元形態の例が、米国特許出願公開第２０１８／００８８２７０号明細書、特に添付の本文の記載に関連して図３Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図９又は図１０に記載されている。
【００７２】
例示的な実施形態では、複数のそのようなアウトカップリング要素６（例えば、１平方デシメートルあたり数百万個）が、上記の図５Ａに示すように、光ガイド３の下部の大きな表面に、均一に分布するか、さまざまな密度（特に、光源４からの距離が大きくなるにつれて密度が増大する）で分布することができる。このとき、アウトカップリング要素６は、プリズム内で約５０°の平均傾斜角を有する。結果として、光は、本発明に必要な場合に、集束するようにアウトカップリングされる。
【００７３】
従来技術では、光ガイド３の上記の放射特性は、例えば、反射器、ＢＥＦ、ＤＢＥＦ、プリズム箔及び／又はルーバフィルタなどの補助層なしでは達成されない。ここで、特別な放射特性は、特に、光収量の充分な効率を達成するために使用され、制限モードＢ２では、本発明の照明装置１ａを備えた表示画面１には、典型的には、狭い角度範囲からのみ見ることができることが要求されるため、このモードにて光を集束させるために使用される。
【００７４】
優先方向は、外側の参照フレームでの上記の垂直方向又は水平方向と同等であってもよい。
【００７５】
多くの用途では、面法線に直交する１つの優先方向を正確に指定する。この方向は、画像生成器５の向きを参照する水平方向に対応する。
【００７６】
図１による第１の非制限動作モードでは、オンするのは背景照明器２のみである。これは、黒矢印によって概略的に示すように、非常に広い角度範囲にわたって光を放射する。この光は、透過型画像生成器５、例えば、ＬＤＣパネルを透過する。このため、画像生成器５に提示された画像は、広い角度範囲から見ることができる。
【００７７】
それと比較して、図２は、制限付き閲覧モードのための動作モードＢ２での画像生成器５と相互作用する本発明の照明装置の原理を示す略図である。ここで、背景照明器２はオフされるのに対し、光源４はオンされ、光を光ガイド３に結合する。
【００７８】
光源４によって光ガイド３に横方向に結合された光は、アウトカップリング要素６が位置する光ガイド３の下部の大きな表面からアウトカップリングされ、光ガイドの上部の大きな表面を介して光ガイド３を離れる。本発明によれば、光は、光ガイド３の上部の大きな表面から水平方向に、制限された角度にてアウトカップリングされる。しかし、図面では、アウトカップリング要素６は、大まかに概説されているだけであるが、実際には、多数存在しなければならず、それぞれが微視的なサイズである。
【００７９】
上記のように、光は、光源４、例えば、ＬＥＤから、光ガイド３に横方向に結合される。全反射により、結合された光線が、最終的に（場合によっては繰り返し）アウトカップリング要素６に当たって、必要に応じてアウトカップリングされるまで、外壁によって反射されて光ガイド３に戻る。図面では、制限された角度範囲でのアウトカップリングが、ここでは本質的に平行な光線によって示唆される。わかりやすくするために、図２の提示は高度に様式化される。実際には、光ガイド３は非常に多くの光線経路を備える。
【００８０】
図３は、光ガイドのアウトカップリング要素６への画像生成器５のサブピクセルの平行投影をいっそう良好に理解することを目的とした概略図である。赤−緑−青の文字ＲＧＢは、非常に単純化された方法でサブピクセルを示す。図面の右側部分では、光ガイド３の面法線に平行な投影の場合、少なくとも２つの（異なる）アウトカップリング要素６の表面全体又はその一部が、画像生成器５の各サブピクセルの下に配置されていることがわかる。
【００８１】
さらに、図３では、アウトカップリング要素６の形態、単位面積当たりの数及び拡張は、上記平行投影の場合、各アウトカップリング要素６の水平及び垂直の寸法が画像生成器５のサブピクセルの幅及び高さのうちの小さい方よりも小さくなるように、選択されていることがわかる。
【００８２】
ここで、図３の高度に様式化された方法で描かれているアウトカップリング要素６は、例えば、プリズムのような３次元構造に対応する。
【００８３】
理想的には、光ガイド３は、光源４によって光ガイド３に放射され、アウトカップリング要素６によって光ガイド３からアウトカップリングされ、上記１つ又は２つの指定された相互に直交する優先方向を基準とするその伝搬方向に関して集束要素６ａ（提供される場合）の影響を受ける光の半分を上回る分が、表面全体にわたって変化する平均放射角を有するように、実装される。このため、平均アウトカップリング角度は、図４の例にて概説するように、光ガイド３の表面全体にわたって変化する。次に、画像生成器５との相互作用では、閲覧者によって知覚される画像は、この閲覧者に焦点を合わせる。これは、従来技術で一般的であるように光が平行なマイクロルーバによって束ねられている場合、あるいは図１に概略的に示すように光がアウトカップリングされるであろう場合、当てはまらないであろう。
【００８４】
図５ａ〜図５ｃは、選択された角度範囲について光ガイドからアウトカップリングされた光量の例示的な図である。ここで、横軸は水平又は垂直の光放射角度に対応し、縦軸はそれぞれの角度に放射される標準化された（百分率での）光量に対応する。３つの例ではいずれも、大きな表面のうちの１つからアウトカップリングされた総光量の少なくとも８０％が、１つ又は２つの指定された相互に直交する優先方向を基準として、最大６０°の相対角度範囲内で放射されることが常に適用される。
【００８５】
図５ａの例では、光の１００％（実際には、数パーセントの許容誤差でのみ確実に達成されることになる）が、−３０°から＋３０°の角度範囲、即ち、合計で６０°の角度範囲内にて放射される。
【００８６】
図５ｂの例では、光の９０％を上回る分が、−３０°から＋３０°の角度範囲、即ち、合計で６０°の角度範囲内で放射される。これは、実際に実装される可能性が高くなる。
【００８７】
図５ｃの例では、光の１００％（実際には、数パーセントの許容誤差でのみ確実に達成されることになる）は、−１０°から＋５０°の角度範囲、即ち、合計で６０°の角度範囲内で放射される。これは、横に傾いた光の方向に対応する。
【００８８】
集束要素６ａが光ガイド３の大きな表面のうちの１つに設けられる場合、好ましくは、アウトカップリング要素６の少なくとも一部が反対側の大きな表面に配置される。この場合、集束要素６ａの焦点は、任意選択で、上記の反対側の大きな表面の平面内又はその平面の近くに位置する。各集束要素６ａの焦点が、対応するアウトカップリング要素６に位置する場合、集束要素６ａによる光の位置合わせが特に効率的になる。
【００８９】
さらに、集束要素６ａは、好ましくは、例えば、それぞれのサイズ、形態及び／又は焦点位置によって、平面拡張の背景照明器２から発生し、光ガイド３を通過するバックライトの強度が弱体化することがほとんどない（即ち、半空間全体にわたって合計で最大２０％）ように、実装される。
【００９０】
その文脈では、図６は、透過型画像生成器５を備えた表示画面１用の本発明の照明装置１ａの原理を示す略図であり、画像生成器５は、それぞれがサブピクセルのアセンブリであるピクセルを特徴とし、照明装置１ａは、少なくとも２つの動作モード、即ち、自由閲覧モード用のＢ１及び制限付き閲覧モード用のＢ２で動作することができる。 本発明の照明装置１ａは、
−広い角度範囲にわたって光を放射する平面拡張の背景照明器２と、
−（視線方向から見て）背景照明器２の前に位置する板状の光ガイド３であって、その大きな表面のうちの少なくとも１つ及び／又はその体積内には、複数のアウトカップリング要素６（その一部のみが誇張されたサイズで描かれている）と、集束要素６ａとを備え、光ガイド３は、背景照明器２によって放出される光の少なくとも７０％に対して透過的である、光ガイド３と、
−光ガイド３の少なくとも１つの縁部に横方向に配置された光源４と、を備える。
−アウトカップリング要素６は、光源から発生し、全反射のために大きな表面の間で前後に反射される光をアウトカップリングし、このアウトカップリングは、アウトカップリング要素の材料接合部に設けられた機能的表面によって影響を受け（これは、例えば、光ガイド材料と空気、あるいは適用されたミラー被覆又は格子との間の屈折率の切り替えである場合がある）、この機能的表面は、構造、例えば、機能的表面に入射する光が規定の相対角度範囲で大きな表面のうちの１つを通してアウトカップリングされることになるような傾斜を有し、
−集束要素６ａは、アウトカップリング要素６によってアウトカップリングされた光の少なくとも５０％を、その少なくとも伝搬方向にて少なくとも部分的に制限し、
−前記アウトカップリング要素６の形態、単位面積あたりの数及び拡張は、
−各アウトカップリング要素６は、画像生成器５のサブピクセルの幅と高さの小さい方よりも、その水平方向と垂直方向の寸法が小さく、
−光ガイド３の面法線に平行な投影方向では、少なくとも２つのアウトカップリング要素６の表面の一部又は全部が、画像生成器５の各サブピクセルの下に配置され、
−光ガイド３の面法線に平行な投影方向では、アウトカップリング要素６の充填率が、光ガイド３の大きな表面の最大５０％である、方法で選択され、
−さらに、光ガイドの大きな表面のうちの少なくとも１つの上及び／又は体積内でのアウトカップリング要素６及び集束要素６ａの分布のほか、それぞれの形態を、
光源４によって光ガイド３に放射され、アウトカップリング要素６によって光ガイド３からアウトカップリングされる光であって、その光伝搬方向が集束要素６ａによって影響を受ける光が、
−大きな表面のうちの１つからアウトカップリングされた光の総量の少なくとも８０％が、１つ又は２つの指定された相互に直交する優先方向に関連して、全体で最大６０°、好ましくは４０°の相対角度範囲内で放射され、
−光ガイド３からアウトカップリングされた光の量の５０％を上回る量が、背景照明器から離れる方向又は背景照明器に向かう方向のいずれかに放射される、という条件を満たすように、指定し、
−動作モードＢ２では、背景照明器はオフされ、光源はオンされ、動作モードＢ１では、少なくとも背景照明器がオンされる。
【００９１】
全実施形態では、アウトカップリング要素６及び／又は集束要素６ａは、１００μｍ、好ましくは８μｍから３０μｍの間の最大寸法を有する。
【００９２】
さらに、アウトカップリング要素６及び／又は集束要素６ａは、特に光ガイドの大きな表面上に構成されている場合、マイクロレンズ及び／又はマイクロプリズム及び／又は回折構造（格子）及び／又は３次元構造要素から構成される。特に、アウトカップリング要素６はこのほか、例えば、光散乱要素から構成されてもよい。集束要素については、方向を制限するマイクロルーバも適格である。さらに、アウトカップリング要素６と集束要素６ａの両方は、上記の様式の組み合わせであってもよい。例えば、プリズムのような３次元構造などの他の構成も実行可能である。
【００９３】
光ガイドの製造では、アウトカップリング要素６のほか、集束要素６ａ（提供される場合）は、原則として、光アウトカップリングのための適応可能かつ指定可能な条件を満たすために、さまざまな方法で光ガイド３の中又は上に分配することができる。アウトカップリング要素６は、光ガイド３の体積内又は／及び表面上での局所的に制限された構造的変化である。このため、アウトカップリング要素６の概念のほか、集束要素６ａの概念は、例えば、拡散被覆、反射被覆、あるいは輝度向上又は偏光再利用（二重輝度向上）フィルム（（Ｄ）ＢＥＦ）など、光ガイド３の表面に適用される任意のいかなる追加の光学層も明示的に対象としない。「アウトカップリング要素」の概念が対象としないこのような追加の層は、通常、光ガイド３を用いて物理的実体を形成することなく、大きな表面上に緩く載置されている。対照的に、大きな表面に塗布され、化学反応によって光ガイド３に結合するワニスが、光ガイド３を用いて物理的実体を形成することはなく、その実体から分離することはできない。このため、そのようなワニスは、上記の意味で追加層として考慮されない。
【００９４】
さらに、マイクロレンズ及び／又はマイクロプリズム及び／又は３次元構造要素から構成されるアウトカップリング要素６及び／又は集束要素６ａの場合、このような要素は、部分的又は全体的であって、特に角度に依存するミラー被覆を少なくとも部分的に備えることが実現可能である。
【００９５】
光ガイド３の大きな表面のうちの少なくとも１つに設けられることになるアウトカップリング要素６及び／又は集束要素６ａを、好ましくは、何らかのポリマー（例えば、ワニス、ＰＣ又はＰＭＭＡなどのプラスチックなど）、シリコン又はガラスから作成する。その構造は、ツールを使用してエンボス加工されている。これは、例えばワニス、モノマーなどのＵＶ硬化材料を光ガイド基板に適用し、ツールを使用して上記の材料を構造化し、ＵＶ放射、例えば、重合によって硬化させることにより、大量生産で可能なものになる。他の放射線硬化材料も使用することができる。アウトカップリング要素を形成するために必要な凹部は、例えば、機械的に形成するか、リソグラフィ又は印刷によって形成するだけでなく、材料の適用、変換、除去又は溶解によっても形成することができる。
【００９６】
このように、格子構造、マイクロプリズム（表面に外向きのプラスチック部分がある凸面及び／又は構造化プラスチックの表層内のエンボス加工又はくぼみとしての凹面）、他の形態のその他の３次元構造要素、又はマイクロレンズも、費用効果を高くして、大量生産によって作成することができる。凹面構造と凸面構造は同じように使用することができる。
【００９７】
体積内のアウトカップリング要素６として、二酸化チタンなどのナノ粒子も適格である。
【００９８】
別の可能な選択肢は、両方の大きな表面上、さらに体積内に、アウトカップリング要素６及び／又は集束要素６ａを有することである。
【００９９】
さらに、光源４の光インカップリング側の反対側の光ガイド３の縁部に吸収層を配置して、この縁部に入射する光が再び反射されて、場合によっては望ましくない角度でアウトカップリングされるのを防ぐことは有利である可能性がある。
【０１００】
図１、図２、図４及び図８に示すように、本発明は、好ましくは、少なくとも２つの動作モード、即ち、自由閲覧モード用のＢ１及び制限付き閲覧モード用のＢ２で動作することができる表示画面を備える。表示画面は、少なくとも以下の構成要素、
−本発明による照明装置１ａと、
−（視線方向から見て）光ガイド３の前に配置された透過型画像生成器５と、を備える。
【０１０１】
以下で考慮される画像生成器はＬＣＤパネルである。ここでは、光ガイド３の上又は下に少なくとも１つの偏光フィルタを配置することが有利である可能性がある（原則として、このフィルタは光を直線的に偏光し、その偏光方向はＬＣＤパネルの入力側偏光方向に平行である）。そのような偏光フィルタを（視線方向での）光ガイド３の後ろに設けると、ＬＣＤパネルによって反射され、ＬＣＤパネルの入力側の偏光方向と平行に偏光されない光が吸収されるため、光ガイド３の内部で散乱することも、光ガイド３によって反射されることもない。これは、閲覧モードＢ２の品質に有益である。対照的に、上記偏光フィルタが（視線方向での）光ガイド３の前に配置されている場合、偏光フィルタにてＬＣＤパネルによって反射され、ＬＣＤパネルの入力側偏光方向と平行に偏光されていない光は、吸収されることになる。これは、有利なことに、光がＬＣDパネルによって反射されて光ガイド３に戻ることはないか、ほとんどないことを意味する。これは、光ガイド３内のこの光が迷光としてパネルに戻ることがあり得、閲覧モードＢ２を劣化させる可能性があることによる。
【０１０２】
画像生成器としての上記ＬＣＤパネルは、好ましくは、１０％の最大ヘイズ値及び／又は所定の最大散乱特性を有する。最大散乱特性では、例えば、ＬＣＤパネルを通過する光の少なくとも９０％が最大１０°散乱される可能性も否定できない。
【０１０３】
有利なことに、図７に示すように、本発明の照明装置１ａは、ＬＣＤパネルと相互作用して、ＬＣＤパネルの入力側に適していない方法で偏光された光を再利用するための画像生成器５として構成することができる。この照明装置は、
−（視線方向から見て）板状の光ガイド３の前に位置し、第１の種類の偏光の光（この種類の偏光は、ＬＣＤパネルの入力側偏光に対応する）を透過し、第２の種類の偏光の光を反射する光学素子８と、
−板状の光ガイド３の後ろに位置する光学素子９であって、第１の選択肢では、切り替え可能なミラーとして構成され、任意選択で光ガイド３の方向から来る光を反射するか、あるいは第２の選択肢では、光を恒久的かつ同時に反射して透過するか、あるいは第３の選択肢では、その偏光に応じて光を反射したり、及び／又は透過したりする、光学素子９と、をさらに備える。
【０１０４】
この有用な構成では、この構成でなければＬＣＤの入力側偏光フィルタによって吸収されるため、装置の動作に利用できないであろう第２のタイプの偏光の光は、光ガイド３を介して光学素子９に戻される。次に、上記光学素子９は、光学素子８から発生し、光学素子８に入射する光の少なくとも一部をＬＣＤパネルに向けて戻す。その光の少なくとも一部が、アウトカップリング要素６及び／又は集束要素６ａを備えた光ガイド３による反射及び／又は光ガイド３を通る通過により、異なる方法で偏光され、その結果、ＬＣＤパネルの入力側偏光子を通過する。このため、構成の効率が向上する。理想的には、この構成では、光ガイドは複屈折を備えていないか、ほとんど備えていないため、偏光再利用は、目に見えるカラーパターンなしで動作する。
【０１０５】
異なるアウトカップリング要素６は、形状／又はサイズが異なる可能性がある。
【０１０６】
さらに、Ｂ２モードの上記の制限された角度範囲が、背景照明器の面法線周りに非対称に配置される場合、いくつかの用途では有利である。非対称性は、好ましくは、優先方向のうちの１つにて構成される。これは、例えば、本発明の照明装置と組み合わせた表示画面が、運転者と助手席の乗員との間のほぼ中央の（中央情報ディスプレイとして知られている）ダッシュボードに配置されている場合、特に車両での使用に役立つ。ここで、Ｂ３モードの制限された角度範囲は、助手席の乗員による視覚のみを目的としており、非対称に構成する、即ち、乗員の方に向ける必要がある。ここで、非対称性が構成されている優先方向は、水平方向に対応する。
【０１０７】
ただし、ここで非対称性が構成されない可能性もある。その場合、本発明による表示画面１は、助手席の乗員の正面に直接配置されるであろう。
【０１０８】
背景照明器１ａは、例えば、光源からの光を受け取る光ガイドと、拡散器と、少なくとも１つのプリズム箔と、場合によっては偏光反射器（３Ｍ  ＤＢＥＦ（商標）又はワイヤグリッド偏光子）であって、その偏光透過率は、ＬＣＤパネルの入力側の偏光透過率と一致する偏光反射器と、背面の反射器とを備えたＬＣＤに典型的なバックライトユニットから構成される。他の実施形態も可能である。このため、背景照明器は、基本的に、ＬＥＤ背景照明器のように、例えば、サイドライト、エッジライト、直接ＬＥＤバックライト、エッジＬＥＤバックライト、ＯＬＥＤ又は他の何らかの表面エミッタのように設計することができる。
【０１０９】
反射を低減するか制御するための手段、例えば、防幻被覆及び／又は反射防止被覆を、画像生成器５の上側及び／又は光ガイド３の大きな表面のうちの少なくとも１つに配置してもよい。
【０１１０】
これまでに挙げた全実施形態では、上記光源は、ＬＥＤ、ＬＥＤライン又はレーザダイオードであってもよい。他の様式も実行可能であり、本発明の範囲内である。
【０１１１】
特に明るいモードが正面図に望まれる場合、光源４はこのほか、図示していないモードＢ１でオンされてもよい。
【０１１２】
上記の本発明の照明装置１ａ及びこの照明装置とともに構成可能な表示画面は、本発明の課題を解決する。これにより、任意選択で制限された視野角にて情報を安全に個人用に表示するための実用的な解決策が充分に可能になるのに対し、別の操作モードでは、制限されていない視野角で自由な視界が得られる。本発明は、単純な手段によって低コストで実施することができる。どちらの動作モードでも、使用される画像生成器の固有解像度を利用することができる。この解決策には、光の損失がほとんどない。
【０１１３】
上記の本発明は、ＰＩＮ又はパスワードの入力中、現金自動支払機又は決済端末でのデータの表示中、あるいは携帯装置での電子メールの読み取り中など、個人データが表示されたり、及び／又は入力されたりするところならどこでも有利に使用することができる。さらに上記で説明したように、本発明は自動車にも使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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