DE102020002797B3 - Optical element with variable angle-dependent transmission and screen with such an optical element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein optisches Element, umfassend, ein im Wesentlichen plattenförmiges Substrat (S) mit einer als Lichteintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche und einer als Lichtaustrittsfläche ausgebildeten zweiten Großfläche, eine Vielzahl von in das Substrat (S) eingebetteten Kammern, welche in Abhängigkeit von ihrer Größe entweder einzeln eine Lamelle formen oder gruppenweise zusammengefasst sind, wobei jede Gruppe eine Lamelle formt, und jede Lamelle Längs- und Schmalseiten aufweist, welche sich zwischen der ersten Großfläche und der zweiten Großfläche erstrecken, wobei die Schmalseiten jeder Lamelle im Bereich der Großflächen angeordnet sind und die Längsseiten diese verbinden, eine Flüssigkeit oder eine Gerüstmatrix (F), mit der die Kammern (R) gefüllt sind, wobei die Flüssigkeit oder die Gerüstmatrix (F) bis zu 95 Volumenprozent elektrophoretisch oder magnetophoretisch bewegbarer Partikel (P) enthält, wobei die Partikel (P) mindestens erste Partikel (PA) einer ersten Art von Partikeln umfassen, welche Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche im für ein menschliches Auge sichtbaren Bereich absorbieren, und zweite Partikel (PB) einer zweiten Art von Partikeln umfassen, welche Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche im für ein menschliches Auge sichtbaren Bereich reflektieren und/oder streuen, oder in einer zweiten Ausgestaltung die Flüssigkeit oder die Gerüstmatrix (F) selbst entweder die Rolle der ersten Partikel (PA) oder der zweiten Partikel (PB) erfüllt und die Partikel (P) nur die jeweils anderen Partikel (PB) oder (PA) umfassen, sowie außerdem umfassend flächenförmig an einer oder mehreren Seiten der Lamellen im Substrat (S) ausgebildete elektromagnetische Schaltmittel, welche in einem eingeschalteten Zustand ein in den Lamellen wirksames elektromagnetisches Feld erzeugen, wodurch die Partikel (P) in der Flüssigkeit oder der Gerüstmatrix (F) bewegt werden, so dass sich eine winkelabhängige Transmission des optischen Elements für Licht der Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche, die von den Partikeln (P) absorbiert werden, welches in solchen Winkeln über die Lichteintrittsfläche in das Substrat (S) eintritt, dass es auf die Lamellen trifft, ändert, wobei mittels der elektromagnetischen Schaltmittel und einer Ansteuerschaltung mindestens zwei Betriebszustände B1 und B2 in Abhängigkeit von der Lage der Partikel (P) definiert sind, so dass im zweiten Betriebszustand B2 mehr als 70% der ersten Partikel (PA) jeweils an den Längsseiten der Lamellen lokalisiert sind, und in dem ersten Betriebszustand B1 mehr als 70% der zweiten Partikel (PB) jeweils an den Längsseiten der Lamellen lokalisiert sind, so dass die winkelabhängige Transmission im ersten Betriebszustand B1 mehr als 60% und im zweiten Betriebszustand B2 weniger als 5% beträgt, in einem Winkelbereich von mehr als 30° bezogen auf eine Flächennormale der zweiten Großfläche des Substrats und gemessen in eine Richtung senkrecht zu einer Längsausdehnung der Lamellen.Es werden darüber hinaus weitere Ausgestaltungsvarianten sowie ein das optische Element verwendender Bildschirm beschrieben.The invention relates to an optical element, comprising an essentially plate-shaped substrate (S) with a first large area designed as a light entry area and a second large area designed as a light exit area, a plurality of chambers embedded in the substrate (S) which, depending on their size either individually form a lamella or are combined in groups, each group forming a lamella, and each lamella having longitudinal and narrow sides which extend between the first large area and the second large area, the narrow sides of each lamella being arranged in the area of the large areas and the long sides connect them, a liquid or a framework matrix (F) with which the chambers (R) are filled, the liquid or the framework matrix (F) containing up to 95 percent by volume of electrophoretically or magnetophoretically movable particles (P), the particles (P) at least first particles (PA) of an ers The th type of particles which absorb light of one or more wavelengths or wavelength ranges in the range visible to a human eye, and second particles (PB) of a second type of particles which absorb light of one or more wavelengths or wavelength ranges in the range visible to a human eye Reflect and / or scatter the area, or in a second embodiment the liquid or the framework matrix (F) itself either fulfills the role of the first particle (PA) or the second particle (PB) and the particles (P) only the other particles ( PB) or (PA), and also comprehensively electromagnetic switching means which are embodied in planar fashion on one or more sides of the lamellae in the substrate (S) and which, when switched on, generate an electromagnetic field effective in the lamellae, whereby the particles (P) in the Liquid or the framework matrix (F) are moved so that an angle-dependent door Ansmission of the optical element for light of the wavelengths or wavelength ranges that are absorbed by the particles (P), which enters the substrate (S) at such angles that it hits the lamellae, changes, using the electromagnetic switching means and a control circuit at least two operating states B1 and B2 are defined as a function of the position of the particles (P), so that in the second operating state B2 more than 70% of the first particles (PA) are located on the longitudinal sides of the lamellas, and in which In the first operating state B1 more than 70% of the second particles (PB) are located on the longitudinal sides of the lamellas, so that the angle-dependent transmission in the first operating state B1 is more than 60% and in the second operating state B2 less than 5%, in an angular range of more than 30 ° based on a surface normal of the second large surface of the substrate and measured perpendicularly in one direction ht to a longitudinal extension of the lamellas. In addition, further design variants and a screen using the optical element are described.
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
In den letzten Jahren wurden große Fortschritte zur Verbreiterung des Sehwinkels bei LCDs erzielt. Allerdings gibt es oft Situationen, in denen dieser sehr große Sehbereich eines Bildschirms von Nachteil sein kann. Zunehmend werden auch Informationen auf mobilen Geräten wie Notebooks und Tablet-PCs verfügbar, wie Bankdaten oder andere, persönliche Angaben, und sensible Daten. Dem entsprechend brauchen die Menschen eine Kontrolle darüber, wer diese sensiblen Daten sehen darf; sie müssen wählen können zwischen einem weiten Betrachtungswinkel, um Informationen auf ihrem Display mit anderen zu teilen, z.B. beim Betrachten von Urlaubsfotos oder auch für Werbezwecke. Andererseits benötigen sie einen kleinen Betrachtungswinkel, wenn sie die Bildinformationen vertraulich behandeln wollen.In recent years, great advances have been made in widening the viewing angle in LCDs. However, there are often situations in which this very large viewing area of a screen can be a disadvantage. Information is also increasingly available on mobile devices such as notebooks and tablet PCs, such as bank details or other personal details and sensitive data. Accordingly, people need control over who can see this sensitive data; You have to be able to choose between a wide viewing angle in order to share information on your display with others, e.g. when looking at vacation photos or for advertising purposes. On the other hand, you need a small viewing angle if you want to treat the image information confidentially.
Eine ähnliche Problemstellung ergibt sich im Fahrzeugbau: Dort darf der Fahrer bei eingeschaltetem Motor nicht durch Bildinhalte, wie etwa digitale Entertainmentprogramme, abgelenkt werden, während der Beifahrer selbige jedoch auch während der Fahrt konsumieren möchte. Mithin wird ein Bildschirm benötigt, der zwischen den entsprechenden Darstellungsmodi umschalten kann.A similar problem arises in vehicle construction: With the engine switched on, the driver must not be distracted by image content, such as digital entertainment programs, while the front passenger wants to consume it while driving. A screen is therefore required that can switch between the corresponding display modes.
Stand der TechnikState of the art
Zusatzfolien, die auf Mikro-Lamellen basieren, wurden bereits für mobile Displays eingesetzt, um deren visuellen Datenschutz zu erreichen. Allerdings waren diese Folien nicht (um)schaltbar, sie mussten immer erst per Hand aufgelegt und danach wieder entfernt werden. Auch muss man sie separat zum Display transportieren, wenn man sie nicht gerade braucht. Ein wesentlicher Nachteil des Einsatzes solcher Lamellen-Folien ist ferner mit den einhergehenden Lichtverlusten verbunden.Additional films based on micro-lamellas have already been used for mobile displays in order to achieve their visual data protection. However, these foils were not switchable, they always had to be put on by hand and then removed again. You also have to transport them separately to the display when you don't need them. A major disadvantage of using such lamellar foils is also associated with the associated loss of light.
Die
In der
In der
Die
Gemäß der
In der
Die
In der
Die US 2020 / 0050010 A1 beschreibt eine schaltbare Lichtkollimationsschicht. Mögliche Vorteile von hinsichtlich der optischen Eigenschaften verschiedenartigen Partikeln oder Strukturen der Partikel kommen hier nicht zum Einsatz.US 2020/0050010 A1 describes a switchable light collimation layer. Possible advantages of particles of different types or structures of the particles with regard to the optical properties are not used here.
Außerdem offenbart die
Schließlich beschreibt die
Den vorgenannten Verfahren und Anordnungen ist in der Regel der Nachteil gemein, dass sie die Helligkeit des Grundbildschirms deutlich reduzieren und/oder ein aufwändiges und teures optisches Element zur Modi-Umschaltung benötigen und/oder die Auflösung im frei betrachtbaren Modus reduzieren.The aforementioned methods and arrangements generally have the disadvantage that they significantly reduce the brightness of the basic screen and / or require a complex and expensive optical element for mode switching and / or reduce the resolution in the freely viewable mode.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein optisches Element zu entwickeln, welches die Transmission winkelabhängig (optional senkrecht) beeinflussen kann, und welches zwischen mindestens zwei Betriebszuständen umschalten kann. Das optische Element soll preiswert umsetzbar und insbesondere mit verschiedenartigen Bildschirmtypen universell verwendbar sein, um eine Umschaltung zwischen einem Sichtschutz- und einem freien Betrachtungsmodus zu ermöglichen, wobei die Auflösung eines solchen Bildschirms im Wesentlichen nicht herabgesetzt werden soll.It is therefore the object of the invention to develop an optical element which can influence the transmission as a function of the angle (optionally perpendicular) and which can switch between at least two operating states. The optical element should be able to be implemented inexpensively and, in particular, be universally usable with different types of screen in order to enable a switchover between a privacy screen and a free viewing mode, the resolution of such a screen essentially not being reduced.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 7 sowie 8. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Untersprüchen sowie detailliert in der Beschreibung offenbart.This object is achieved by the methods according to
Gegenstand der Erfindung ist als ein optisches Element, umfassend,
- - ein im Wesentlichen plattenförmiges Substrat mit einer als Lichteintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche und einer als Lichtaustrittsfläche ausgebildeten zweiten Großfläche,
- - eine Vielzahl von in das Substrat eingebetteten Kammern, welche in Abhängigkeit von ihrer Größe entweder einzeln eine Lamelle formen oder gruppenweise zusammengefasst sind, wobei jede Gruppe eine Lamelle formt, und jede Lamelle Längs- und Schmalseiten aufweist, welche sich zwischen der ersten Großfläche und der zweiten Großfläche erstrecken, wobei die Schmalseiten jeder Lamelle im Bereich der Großflächen angeordnet sind und die Längsseiten diese verbinden,
- - eine Flüssigkeit oder eine Gerüstmatrix, mit der die Kammern gefüllt sind, wobei die Flüssigkeit oder die Gerüstmatrix bis zu 95 Volumenprozent elektrophoretisch oder magnetophoretisch bewegbarer Partikel P enthält, wobei die Partikel P
- i. entweder in einer ersten Ausgestaltung mindestens erste Partikel PA einer ersten Art von Partikeln umfassen, welche Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche im für ein menschliches Auge sichtbaren Bereich absorbieren, und zweite Partikel PB einer zweiten Art von Partikeln umfassen, welche Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche im für ein menschliches Auge sichtbaren Bereich reflektieren und/oder streuen, oder in einer zweiten Ausgestaltung die Flüssigkeit oder die Gerüstmatrix selbst entweder die Rolle der ersten Partikel PA oder der zweiten Partikel PB erfüllt und die Partikel P nur die jeweils anderen Partikel PB oder PA umfassen,
- ii. oder die Partikel P als Januspartikel ausgebildet sind und jeweils mindestens einen ersten Bereich mit einer ersten Struktur P1 und einen davon verschiedenen zweiten Bereich mit einer zweiten Struktur P2 aufweisen, wobei die ersten Strukturen P1 Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche absorbieren, und die zweiten Strukturen P2 Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche reflektieren und/oder streuen,
- - an essentially plate-shaped substrate with a first large area designed as a light entry surface and a second large area designed as a light exit area,
- - A multiplicity of chambers embedded in the substrate, which, depending on their size, either individually form a lamella or are combined in groups, each group forming a lamella, and each lamella having longitudinal and narrow sides, which are located between the first large area and the extend the second large area, the narrow sides of each lamella being arranged in the area of the large areas and the long sides connecting them,
- a liquid or a framework matrix with which the chambers are filled, the liquid or the framework matrix containing up to 95 percent by volume of electrophoretically or magnetophoretically movable particles P, the particles P
- i. either in a first embodiment comprise at least first particles P A of a first type of particles which absorb light of one or more wavelengths or wavelength ranges in the range visible to a human eye, and second particles P B of a second type of particles which absorb light from one or more wavelengths or wavelength ranges reflect and / or scatter several wavelengths or wavelength ranges in the range visible to a human eye, or in a second embodiment the liquid or the framework matrix itself either fulfills the role of the first particle P A or the second particle P B and the particles P only each include other particles P B or P A,
- ii. or the particles P are designed as Janus particles and each have at least one first region with a first structure P 1 and a second region different therefrom with a second structure P 2 , the first structures P 1 absorbing light of one or more wavelengths or wavelength ranges, and the second structures P 2 reflect and / or scatter light of one or more wavelengths or wavelength ranges,
Die eine oder mehrere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche, in denen die elektrophoretisch oder magnetophoretisch bewegbaren Partikel P Licht absorbieren, liegen bevorzugt im sichtbaren Spektrum und decken dieses besonders bevorzugt komplett ab. Sie können aber für besondere Zwecke auch außerhalb des sichtbaren Spektrums liegen, etwa wenn UV- bzw. IR-Licht beeinflusst werden soll, z.B. für Zwecke der Messtechnik.The one or more wavelengths or wavelength ranges in which the electrophoretically or magnetophoretically movable particles P absorb light are preferably in the visible spectrum and particularly preferably completely cover it. For special purposes, however, they can also be outside the visible spectrum, e.g. if UV or IR light is to be influenced, e.g. for purposes of measurement technology.
Die erste und die zweite Großfläche des plattenförmigen Substrates sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet. Sie können jedoch in besonderen Ausgestaltungen, etwa wenn besondere winkelabhängige Transmissionen des optischen Elements erreicht werden sollen, auch nicht-parallel, z.B. keilförmig in einem definierten Winkel von bis zu 20 Grad zueinander angeordnet sein.The first and second large areas of the plate-shaped substrate are preferably arranged parallel to one another. However, in special configurations, for example if special angle-dependent transmissions of the optical element are to be achieved, they can also be arranged non-parallel, e.g. in a wedge shape at a defined angle of up to 20 degrees to one another.
Die als Lichteintrittsfläche ausgebildete erste Großfläche des plattenförmigen Substrates befindet sich in der Regel aus Sicht eines Betrachters auf der Rückseite des Substrates und grenzt je nach Anwendungsfall des optischen Elements beispielsweise an eine Bildwiedergabeeinrichtung, eine Lichtquelle oder an ein Luftvolumen. Aus den letztgenannten Objekten tritt dann Licht durch die besagte Lichteintrittsfläche in das Substrat ein.The first large surface of the plate-shaped substrate, designed as a light entry surface, is generally located on the back of the substrate from the perspective of an observer and, depending on the application of the optical element, is adjacent to an image display device, a light source or a volume of air, for example. From the last-mentioned objects, light then enters the substrate through the said light-entry surface.
Vorteilhaft wird die Erfindung derart umgesetzt, dass die Partikel P erste Partikel PA und/oder zweite Partikel PB umfassen, welche in ortsfesten Kapseln eingebettet sind, die an Randflächen der Kammern lokalisiert sind oder die Kammern bilden, oder bei dem die Partikel P als Januspartikel ausgebildet sind, welche ortsfest an Randflächen der Kammern R lokalisiert sind, sich aber frei drehen können.The invention is advantageously implemented in such a way that the particles P comprise first particles P A and / or second particles P B , which are embedded in stationary capsules that are located on edge surfaces of the chambers or form the chambers, or in which the particles P as Janus particles are formed, which are fixedly located on the edge surfaces of the chambers R, but can rotate freely.
Unter dem Begriff „Januspartikel“ werden dabei Mikropartikel oder Nanopartikel verstanden, deren Oberflächen in getrennten Bereichen mindestens zwei voneinander verschiedene physikalische Eigenschaften haben. Beispielsweise kann ein kugelförmiges Partikel in zwei Hemisphären geteilt werden, wobei jede der Hemisphären andere Eigenschaften aufweist, was sich beispielsweise durch entsprechende Beschichtungen/Funktionalisierungen erreichen lässt, oder auch durch einen intrinsischen Strukturunterschied.The term “Janus particles” is understood to mean microparticles or nanoparticles whose surfaces have at least two different physical properties in separate areas. For example, a spherical particle can be divided into two hemispheres, each of the hemispheres having different properties, which can be achieved, for example, through appropriate coatings / functionalizations, or through an intrinsic structural difference.
Die lamellenartig ausgebildeten Kammern mit Längs- und Schmalseiten, welche sich zwischen der ersten Großfläche und der zweiten Großfläche erstrecken, können beispielsweise in parallel zu den Großflächen ausgerichtet sein und eine Quaderform aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass es sich um eine trapezförmige oder gekrümmte -wie etwa bogenförmige- Schmalseiten handelt. Unter einer lamellenförmigen Ausbildung wird dabei verstanden, dass die Abmessung entlang der Längsseiten wesentlich länger als entlang der Schmalseiten ist, wie etwa bei Zinken eines Kammes oder den Lamellen einer Jalousie. Meist sind mehrere Lamellen auch entlang ihrer Längsrichtungen parallel zueinander angeordnet; auch eine gitterförmige Anordnung ist denkbar.The lamella-like chambers with longitudinal and narrow sides, which extend between the first large area and the second large area, can for example be aligned parallel to the large areas and have a cuboid shape. However, it is also possible that it is a trapezoidal or curved - such as arcuate - narrow sides. A lamellar design is understood to mean that the dimension along the long sides is significantly longer than along the narrow sides, such as in the case of the prongs of a comb or the slats of a blind. Usually, several lamellae are also arranged parallel to one another along their longitudinal directions; a grid-like arrangement is also conceivable.
Im Falle der (nicht-würfelförmigen) Quaderform sind die Schmalseiten dann die länglichen Seiten, welche einen kleineren Flächeninhalt aufweisen, also die Längsseiten, welche wiederum in der Regel den größten Flächeninhalt aller sechs Oberflächen einer Fluidkammer aufweisen. Typischerweise sind die Schmalseiten parallel oder - bis auf einen weiter unten noch beschriebenen Verkippungswinkel - parallel zu den Großflächen des Substrates angeordnet, während die Längsseiten senkrecht oder - bis auf den Verkippungswinkel - senkrecht zu den zu den Großflächen des Substrates angeordnet sind.In the case of the (non-cube-shaped) cuboid shape, the narrow sides are then the elongated sides which have a smaller surface area, i.e. the long sides which in turn usually have the largest surface area of all six surfaces of a fluid chamber. Typically, the narrow sides are parallel or - apart from a tilt angle described below - parallel to the large surfaces of the substrate, while the long sides are perpendicular or - except for the tilt angle - perpendicular to the large surfaces of the substrate.
Demgegenüber sind die verbleibenden Stirnseiten diejenigen beiden Oberflächen, welche keine Schmalseiten und keine Längsseiten verkörpern.In contrast, the remaining end faces are those two surfaces which do not embody any narrow sides or long sides.
Es ist explizit auch möglich, dass die Kammern zumindest teilweise an einer oder beiden Großflächen des Substrates herausragen.It is also explicitly possible for the chambers to protrude at least partially on one or both large surfaces of the substrate.
Vorteilhaft sind die Kammern mit einer Gerüstmatrix gefüllt, welche als Polymermatrix, beispielsweise als Gelmatrix ausgebildet ist. Eine solche Polymermatrix weist eine charakteristische Maschengröße auf. Durch diese Maschengröße spüren kleine Partikel P einen geringeren „Widerstand“ als große Partikel P und somit bewegen sich kleine und große Partikel P jeweils unterschiedlich schnell. Zum einen ist dies von Vorteil, um die Schaltzeiten zu kontrollieren und die Gleichverteilung der Partikel P zu beschleunigen, wenn diese als erste Partikel der ersten Art PA und zweite Partikel der zweiten Art PB ausgebildet sind; für Kapseln und Januspartikel ist dies allerdings irrelevant. Zum anderen hat eine solche Polymermatrix den Vorteil, dass sie die Diffusion stark hemmt und die Partikel P sich daher nicht von selbst bewegen, was vorteilhaft für die Kapseln ist.The chambers are advantageously filled with a framework matrix which is designed as a polymer matrix, for example as a gel matrix. Such a polymer matrix has a characteristic mesh size. Because of this mesh size, small particles P feel less “resistance” than large particles P and thus small and large particles P each move at different speeds. On the one hand, this is advantageous in order to control the switching times and to accelerate the uniform distribution of the particles P if they are designed as first particles of the first type P A and second particles of the second type P B ; for capsules and Janus particles, however, this is irrelevant. On the other hand, such a polymer matrix has the advantage that it strongly inhibits diffusion and the particles P therefore do not move by themselves, which is advantageous for the capsules.
Sofern die Kammern mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, ist im Falle von streuenden Partikeln P ein Brechungsindexkontrast zur Flüssigkeit notwendig. Die Flüssigkeit in den Kammern kann polar oder unpolar sein. Sie kann ferner zum Beispiel überwiegend aus Wasser, Öl, Toluol oder Formaldehyd bestehen, eventuell auch versetzt mit Elektrolyten.If the chambers are filled with a liquid, a refractive index contrast to the liquid is necessary in the case of scattering particles P. The liquid in the chambers can be polar or be non-polar. It can also consist predominantly of water, oil, toluene or formaldehyde, possibly also mixed with electrolytes.
Für den Fall, dass die Partikel P erste Partikel PA einer ersten Art und/oder zweite Partikel PB einer zweiten Art umfassen, sind die ersten Partikel PA beispielsweise als Nanopartikel, Quantenpunkte und/oder Farbstoffe mit einer räumlichen Ausdehnung von maximal 200 nm, bevorzugt von maximal 50 nm, besonders bevorzugt von maximal 20 nm ausgebildet. Die zweiten Partikel PB sind als transparente oder reflektierende Kugeln mit Durchmessern zwischen 5 nm und 5000 nm ausgebildet.In the event that the particles P comprise first particles P A of a first type and / or second particles P B of a second type, the first particles P A are, for example, nanoparticles, quantum dots and / or dyes with a spatial extension of a maximum of 200 nm , preferably of a maximum of 50 nm, particularly preferably of a maximum of 20 nm. The second particles P B are designed as transparent or reflective spheres with diameters between 5 nm and 5000 nm.
Hier ist es beispielsweise denkbar, dass die ersten Partikel PA als BPQDs (Black Phosphorus Quantum Dots), Bleisulfid (PbS), CdTeSeS-Typ-II-Quantenpunkte, Azo-Farbstoffe und/oder als Metalloxidpartikel, bevorzugt aus CrO (insbesondere Chrom(IV)Oxid), Fe2O3, Fe3O4 oder FeO ausgebildet sind und eine Größe zwischen 2 nm und 50 nm einschließlich aufweisen.Here it is conceivable, for example, that the first particles P A as BPQDs (Black Phosphorus Quantum Dots), lead sulfide (PbS), CdTeSeS type II quantum dots, azo dyes and / or as metal oxide particles, preferably made of CrO (in particular chromium ( IV) oxide), Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 or FeO are formed and have a size between 2 nm and 50 nm inclusive.
Mit „räumlicher Ausdehnung“ ist die maximale Ausdehnung im dreidimensionalen Raum oder aber der hydrodynamische Radius gemeint, je nachdem, was größer ist. Bei kugelförmigen Partikeln ist das also der Durchmesser. Bei kettenartigen Partikeln ist das der größtmögliche Abstand, den zwei Punkte auf der Oberfläche des Partikels voneinander aufweisen.“Spatial expansion” means the maximum expansion in three-dimensional space or the hydrodynamic radius, whichever is larger. In the case of spherical particles, this is the diameter. In the case of chain-like particles, this is the greatest possible distance between two points on the surface of the particle.
In der anderen Variante sind die Partikel P als Januspartikel mit kugelförmiger Oberfläche ausgebildet, bei denen der erste und der zweite Bereich jeweils von Hemisphären der kugelförmigen Oberfläche gebildet wird. Die Partikel P sind dabei als Mikro-Partikel ausgebildet und weisen eine räumliche Ausdehnung von maximal 200 µm, bevorzugt von maximal 50 µm, besonders bevorzugt von maximal 20 µm auf. Insbesondere ist es denkbar, dass die Januspartikel aus einem transparenten Material, bevorzugt Polysterol, Melaminharz oder Silica gebildet sind und eine der Hemisphären zur Realisierung elektrophoretischer Eigenschaften mit einer Metallschicht oder einer metallischen Nanopartikelschicht überzogen ist.In the other variant, the particles P are designed as Janus particles with a spherical surface, in which the first and the second area are each formed by hemispheres of the spherical surface. The particles P are designed as micro-particles and have a spatial extension of a maximum of 200 μm, preferably a maximum of 50 μm, particularly preferably a maximum of 20 μm. In particular, it is conceivable that the Janus particles are formed from a transparent material, preferably polystyrene, melamine resin or silica and one of the hemispheres is coated with a metal layer or a metallic nanoparticle layer in order to achieve electrophoretic properties.
Weiterhin ist es möglich, dass die Januspartikel aus einem transparenten Material, bevorzugt Latex, PMMA, Polysterol, Melaminharz oder Silica gebildet sind und eine der Hemisphären zur Realisierung magnetophoretischer Eigenschaften mit einer ferromagnetischen und absorbierenden Metall- oder Metalloxidschicht oder einer ferromagnetischen Nanopartikelschicht, bevorzugt mit Fe2O3-, FesO4- oder FeO-Nanopartikeln überzogen ist, und die andere Hälfte mit einer reflektierenden Schicht, bevorzugt einer Silber- oder Aluminiumschicht, oder einer weißen Schicht überzogen ist.It is also possible that the Janus particles are made of a transparent material, preferably latex, PMMA, polystyrene, melamine resin or silica and one of the hemispheres for realizing magnetophoretic properties with a ferromagnetic and absorbing metal or metal oxide layer or a ferromagnetic nanoparticle layer, preferably with Fe 2 O 3 -, FesO 4 - or FeO nanoparticles is coated, and the other half is coated with a reflective layer, preferably a silver or aluminum layer, or a white layer.
Wie weiter oben bereits erläutert, ist das wesentliche Charakteristikum eines kugelförmigen Januspartikels, dass es zwei Hemisphären aufweist, die voneinander verschiedene physikalische Eigenschaften realisieren. Die erste Hemisphäre soll auf sie einfallendes Licht streuen oder reflektieren und die andere einfallendes Licht absorbieren. Somit erfüllt die Licht absorbierende erste Hemisphäre die Eigenschaften der ersten Partikel der ersten Art PA und die Licht streuende/reflektierende zweite Hemisphäre die Eigenschaften der zweiten Partikel der zweiten Art PB.As already explained above, the essential characteristic of a spherical Janus particle is that it has two hemispheres that realize different physical properties from one another. The first hemisphere is said to scatter or reflect light incident on it and the other to absorb incident light. Thus, the light-absorbing first hemisphere fulfills the properties of the first particles of the first type P A and the light-scattering / reflecting second hemisphere fulfills the properties of the second particles of the second type P B.
Beispielsweise lassen sich für die Verwendung im erfindungsgemäßen optischen Element geeignete Januspartikel auf folgende Weise ausgestalten:
- a) wie vorstehend genannt: transparente Kugel (Polystyrol, Melaminharz oder Silica) oder streuende Kugel mit absorbierender Hemisphäre,
- b) Farbige oder schwarze Kugel mit reflektierender Hemisphäre, sowie
- c) Kugel mit je einer reflektierenden und je einer absorbierenden Hemisphäre.
- a) as mentioned above: transparent ball (polystyrene, melamine resin or silica) or scattering ball with absorbing hemisphere,
- b) Colored or black sphere with reflective hemisphere, as well
- c) Sphere with one reflecting and one absorbing hemisphere.
Eine streuende Kugel lässt sich z.B. mittels TiO2-NanopartikeIn oder Silika-Nanopartikeln in einer Polystyrolkugel realisieren. Allgemein sind alle passenden Materialien denkbar, die weiß-streuend bzw. reflektierend sind. Ein Brechungsindexkontrast der eingesetzten Nanopartikel zum Kugelmaterial der Januspartikel macht die transparente Kugel streuender.A scattering sphere can be realized, for example, by means of TiO 2 nanoparticles or silica nanoparticles in a polystyrene sphere. In general, all suitable materials are conceivable that are white-scattering or reflective. A refractive index contrast between the nanoparticles used and the spherical material of the Janus particles makes the transparent sphere more scattering.
Alternativ ist auch eine farbige oder schwarze Kugel als Realisierung der Januspartikel möglich, z.B. aus Polystyrol und gefüllt mit absorbierenden Nanopartikeln, Quantenpunkten oder Farbstoffen. Die Beispiele hierfür sind die gleichen wie für die Partikel PA. Auch eine Chrom(IV)Oxidkugel mit ferromagnetischen Eigenschaften kann verwendet werden.Alternatively, a colored or black sphere is also possible as a realization of the Janus particles, for example made of polystyrene and filled with absorbent nanoparticles, quantum dots or dyes. The examples are the same as for the particles P A. A chrome (IV) oxide ball with ferromagnetic properties can also be used.
Die reflektierende Hemisphäre kann beispielsweise mittels eines Filmes oder Nanopartikeln aus Aluminium, Chrom, Silber oder anderen Metallen umgesetzt werden, wie für die zweiten Partikel der zweiten Art PB beschrieben. Für die absorbierende Hemisphäre kommen beispielsweise Carbon, Chrom(IV)Oxid, Fe2O3, Fe3O4 oder FeO als Film oder eben Nanopartikel wie für PB beschrieben in Frage.The reflective hemisphere can be implemented, for example, by means of a film or nanoparticles made of aluminum, chromium, silver or other metals, as described for the second particles of the second type P B. For the absorbing hemisphere, for example, carbon, chromium (IV) oxide, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 or FeO as a film or even nanoparticles as described for P B come into question.
Die elektrophoretischen Eigenschaften werden durch die Eigenschaften der Oberflächen bestimmt. Diese können durch eine Oberflächenfunktionalisierung verbessert bzw. kontrolliert werden. Damit die Januspartikel magnetophoretisch sind, muss entweder die Kugel selbst, d.h. das Material der Kugel magnetophoretisch sein oder eine der Hemisphären, d.h. die Oberflächenbeschichtung in dieser Hemisphäre. Magnetische Materialien sind beispielsweise Nickel, Eisen oder Chrom(IV)Oxid. Bei der Materialwahl muss darauf geachtet werden, dass die magnetischen Dipole der Kugeln permanent sind, damit die Januspartikel gezielt rotiert werden können. Dies lässt sich beispielsweise mit ferromagnetischen Januspartikeln erreichen.The electrophoretic properties are determined by the properties of the surfaces. These can be improved or controlled by surface functionalization. In order for the Janus particles to be magnetophoretic, either the sphere itself, ie the material of the sphere, must be magnetophoretic, or one of the hemispheres, ie the surface coating in this hemisphere. Magnetic materials are for example nickel, iron or chromium (IV) oxide. When choosing the material, it must be ensured that the magnetic dipoles of the spheres are permanent so that the Janus particles can be rotated in a targeted manner. This can be achieved, for example, with ferromagnetic Janus particles.
Der Durchmesser der Januspartikel beträgt im Normalfall mehr als 200 nm und die Dicke der aufgetragenen Schichten beträgt mehr als 10 nm, diese Werte können aber auch über- oder unterschritten werden.The diameter of the Janus particles is normally more than 200 nm and the thickness of the applied layers is more than 10 nm, but these values can also be exceeded or not reached.
Zusätzlich sollten alle vorhandenen Partikel P noch eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, und zwar mit hohem Zeta-Potential, -zum einen als Stabilisierung in der Flüssigkeit bzw. Gerüstmatrix, und zum anderen für die Begünstigung der Elektrophorese, sofern es sich um elektrophoretisch bewegbare Partikel handelt. Dies lässt sich beispielsweise mit PVP (Polyvinylpyrrolidon) oder PEG (Polyethylenglykol) für wässrige Systeme umsetzen.In addition, all particles P present should also have a surface functionalization, namely with a high zeta potential, on the one hand as stabilization in the liquid or framework matrix, and on the other hand to promote electrophoresis, provided that the particles are electrophoretically movable. This can be implemented, for example, with PVP (polyvinylpyrrolidone) or PEG (polyethylene glycol) for aqueous systems.
Die flächenförmig an einer oder mehreren Seiten der Kammern im Substrat ausgebildeten elektromagnetischen Schaltmittel sind beispielsweise an den Schmalseiten der jeweiligen Kammern angeordnet.The electromagnetic switching means, which are flat on one or more sides of the chambers in the substrate, are arranged, for example, on the narrow sides of the respective chambers.
Für alle vorgenannten Ausgestaltungen gilt, dass bevorzugt entweder die Partikel P elektrisch geladen sind und die elektromagnetischen Schaltmittel als Elektroden zur Erzeugung eines statischen oder dynamischen elektrischen Feldes ausgebildet sind oder die Partikel P magnetisch sind und die elektromagnetischen Schaltmittel als elektromagnetische Schichten zur Erzeugung eines statischen oder dynamischen Magnetfeldes ausgebildet sind, so dass die elektromagnetischen Partikel P im elektrischen oder magnetischen Feld in der Flüssigkeit eine Bewegung ausführen. Bei Anliegen eines homogenen elektrischen Feldes beispielsweise sind die entsprechenden elektrischen Feldlinien dann in der Mitte einer Fluidkammer parallel ausgebildet und zeigen am Rande eher Abweichungen von der Parallelität. Andere Ausgestaltungen sind jedoch ebenso möglich.For all of the aforementioned configurations, it is preferred that either the particles P are electrically charged and the electromagnetic switching means are designed as electrodes for generating a static or dynamic electric field or the particles P are magnetic and the electromagnetic switching means are electromagnetic layers for generating a static or dynamic one Magnetic field are formed, so that the electromagnetic particles P perform a movement in the electric or magnetic field in the liquid. When a homogeneous electric field is applied, for example, the corresponding electric field lines are then formed in parallel in the middle of a fluid chamber and tend to show deviations from parallelism at the edge. However, other configurations are also possible.
Dominierende physikalische Effekte für die Bewegung der Partikel beim Anliegen eines elektromagnetischen Feldes, insbesondere eines statischen Feldes, sind die (Di-)Elektrophorese oder die Magnetophorese. Für den Fall, dass kein elektrisches bzw. kein magnetisches Feld anliegt, bewegen sich die Partikel insbesondere aufgrund von Diffusion in den Kammern und verteilen sich somit über die Zeit homogen. Bei Partikeln, die nicht größer als 50 nm sind, spielt außerdem die Schwerkraft keine Rolle; diese sedimentieren also nicht bzw. ändern ihre vertikale Position in der Kammer nicht.Dominant physical effects for the movement of the particles when an electromagnetic field is applied, in particular a static field, are (di-) electrophoresis or magnetophoresis. In the event that no electrical or no magnetic field is applied, the particles move in the chambers, in particular due to diffusion, and are thus distributed homogeneously over time. In the case of particles that are no larger than 50 nm, gravity is also irrelevant; they do not sediment or change their vertical position in the chamber.
Die besagten Elektroden können parallel, senkrecht oder unter einem anderen definierten Winkel zu ersten Großfläche des Substrates S angeordnet sein.Said electrodes can be arranged parallel, perpendicular or at another defined angle to the first large area of the substrate S.
Wenn die Partikel P erste Partikel PA und/oder zweite Partikel PB umfassen, so können die ersten Partikel PA und die zweiten Partikel PB eine translatorische Bewegung entlang des elektrischen oder magnetischen Feldes ausführen. Alternativ, wenn die Partikel P als Januspartikel ausgestaltet sind, ist die Bewegung bevorzugt eine rotatorische Bewegung um eine vorgegebene Achse, welche parallel zu einer Längs- oder Schmalseite der Lamelle liegt.If the particles P comprise first particles P A and / or second particles P B , then the first particles P A and the second particles P B can execute a translational movement along the electric or magnetic field. Alternatively, if the particles P are designed as Janus particles, the movement is preferably a rotary movement about a predetermined axis which is parallel to a longitudinal or narrow side of the lamella.
Mittels der elektromagnetischen Schaltmittel und einer Ansteuerschaltung sind mindestens zwei Betriebszustände definiert, wobei in einem ersten Betriebszustand B1 die winkelabhängige Transmission bei mehr als 50% und in einem zweiten Betriebszustand B2 bei weniger als 50% liegt. Dies gilt in einem Winkelbereich von vorzugsweise +/-30° bis +/-90° (also jeweils von -90° bis -30° und gleichzeitig von +30° bis +90°, nicht aber zwischen -30° und +30°) bezogen auf eine Flächennormale der zweiten Großfläche des Substrats und gemessen in eine Richtung senkrecht zu einer Längsausdehnung der lamellenförmigen (Fluid-)Kammern. Der Winkelbereich kann auch variiert werden und anstelle von +/-30° auch den Bereich von +/-10° bis +/-90°, +/-20° bis +/-90°, +/-45° bis +/-90° oder +/-25° bis +/-90° umfassen. Die Längsausdehnung ist hier definiert mit der Verbindungsgeraden der Flächenmittelpunkte der beiden Stirnseiten einer jeden Fluidkammer.At least two operating states are defined by means of the electromagnetic switching means and a control circuit, the angle-dependent transmission being more than 50% in a first operating state B1 and less than 50% in a second operating state B2. This applies in an angle range of preferably +/- 30 ° to +/- 90 ° (i.e. in each case from -90 ° to -30 ° and at the same time from + 30 ° to + 90 °, but not between -30 ° and + 30 ° ) based on a surface normal of the second large surface of the substrate and measured in a direction perpendicular to a longitudinal extension of the lamellar (fluid) chambers. The angular range can also be varied and instead of +/- 30 ° also the range from +/- 10 ° to +/- 90 °, +/- 20 ° to +/- 90 °, +/- 45 ° to + / -90 ° or +/- 25 ° to +/- 90 °. The longitudinal extent is defined here with the straight line connecting the surface centers of the two end faces of each fluid chamber.
Für den Anwendungsfall, bei dem die Partikel P erste Partikel PA und zweite Partikel PB umfassen, sind beispielsweise im zweiten Betriebszustand B2 mehr als 70% der ersten Partikel PA und für den Fall, dass die Partikel P als Januspartikel ausgestaltet sind, der ersten Strukturen P1 der Partikel P jeweils an den Längsseiten der Lamellen lokalisiert, wobei im Falle der ersten Strukturen P1 diese den Längsseiten zugewandt und die zweiten Strukturen P2 von den Längsseiten abgewandt sind, und in dem ersten Betriebszustand B1 mehr als 70% der zweiten Partikel PB bzw. der zweiten Strukturen P2 der Partikel P jeweils an den Längsseiten der Lamellen lokalisiert sind, wobei im Falle der zweiten Strukturen P2 diese den Längsseiten zugewandt und die ersten Strukturen P1 von den Längsseiten abgewandt sind, so dass die winkelabhängige Transmission im ersten Betriebszustand B1 mehr als 60% und im zweiten Betriebszustand B2 weniger als 5% beträgt, in einem Winkelbereich von mehr als 30° bezogen auf eine Flächennormale der zweiten Großfläche des Substrats und gemessen in eine Richtung senkrecht zu einer Längsausdehnung der Lamellen.For the application in which the particles P comprise first particles P A and second particles P B , more than 70% of the first particles P A in the second operating state B2 and for the case that the particles P are designed as Janus particles are, for example, the first structures P 1 of the particles P each localized on the longitudinal sides of the lamellae, in the case of the first structures P 1 these facing the longitudinal sides and the second structures P 2 facing away from the longitudinal sides, and in the first operating state B1 more than 70% of the second particles P B or the second structures P 2 of the particles P are each located on the longitudinal sides of the lamellae, in the case of the second structures P 2 these facing the longitudinal sides and the first structures P 1 facing away from the longitudinal sides, so that the Angle-dependent transmission in the first operating state B1 is more than 60% and in the second operating state B2 less than 5%, in an angle range of more than 30 °, respectively ogen to a surface normal of the second large surface of the substrate and measured in a direction perpendicular to a longitudinal extension of the lamellae.
Demgegenüber ist es auch möglich, dass im ersten Betriebszustand B1 mehr als 70% der ersten Partikel PA bzw. der ersten Strukturen P1 der Partikel P jeweils an den Schmalseiten der Lamellen lokalisiert sind, wobei im Falle der ersten Strukturen P1 diese den Schmalseiten zugewandt und die zweiten Strukturen P2 von den Schmalseiten abgewandt sind, und in dem zweiten Betriebszustand B2 mehr als 70% der zweiten Partikel PB oder der zweiten Strukturen P2 der Partikel P jeweils an den Schmalseiten der Lamellen lokalisiert sind, wobei im Falle der zweiten Strukturen P1 diese den Schmalseiten zugewandt und die ersten Strukturen P2 von den Schmalseiten abgewandt sind, so dass die winkelabhängige Transmission im ersten Betriebszustand B1 mehr als 60% und im zweiten Betriebszustand B2 weniger als 5% beträgt, in einem Winkelbereich von mehr als 30° bezogen auf eine Flächennormale der zweiten Großfläche des Substrats und gemessen in eine Richtung senkrecht zu einer Längsausdehnung der Lamelle.In contrast, it is also possible that in the first operating state B1 more than 70% of the first particles P A or the first structures P 1 of the particles P are each located on the narrow sides of the lamellae, with the narrow sides in the case of the first structures P 1 facing and the second structures P 2 facing away from the narrow sides, and in the second operating state B2 more than 70% of the second particles P B or the second structures P 2 of the particles P are each located on the narrow sides of the lamellae, in the case of second structures P 1 facing the narrow sides and the first structures P 2 facing away from the narrow sides, so that the angle-dependent transmission in the first operating state B1 is more than 60% and in the second operating state B2 less than 5%, in an angular range of more than 30 ° based on a surface normal of the second large surface of the substrate and measured in a direction perpendicular to a longitudinal extension of the lamella le.
Mit anderen Worten: die verschiedenen Betriebszustände B1, B2 unterscheiden sich insbesondere dadurch, dass die jeweils lokale Konzentration und Lokalisation der Partikel in den Kammern verändert wird, um die Transmissionseigenschaften aufgrund der Absorption durch die Partikel zu verändern. In other words: the various operating states B1, B2 differ in particular in that the respective local concentration and localization of the particles in the chambers is changed in order to change the transmission properties due to the absorption by the particles.
Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, dass mehr als zwei Betriebszustände B1, B2, B3 etc. eingestellt werden können. Hierzu würde z.B. gegenüber den oben beschriebenen Varianten für die Betriebszustände B1 und B2 in einem dritten (vierten, fünften, ..) Betriebszustand ein andersartiges elektromagnetisches Feld angelegt, was dazu führt, dass der Ausbringungsgrad der Partikel bzw. Partikelarten unterschiedlich stark zwischen den Betriebszuständen ist, so dass insgesamt drei oder mehr verschiedene winkelabhängige Transmissionsgrade erreicht werden. Die kann z.B. für winkelabhängige Dimmungsanwendungen von Interesse sein. Letzten Endes handelt es sich bei den weiteren Betriebszuständen nur um anders gestaltete Ausbildungen des Betriebszustandes B2.It is also within the scope of the invention that more than two operating states B1, B2, B3 etc. can be set. For example, compared to the variants described above for operating states B1 and B2, a different type of electromagnetic field would be applied in a third (fourth, fifth, ...) operating state, which means that the level of particle or particle type is differently strong between the operating states so that a total of three or more different angle-dependent degrees of transmission can be achieved. This can be of interest, for example, for angle-dependent dimming applications. Ultimately, the other operating states are only differently designed configurations of the operating state B2.
Überdies sei angemerkt, dass wenn flächenförmig nur jeweils an einer Oberfläche der Kammern im Substrat elektromagnetische Schaltmittel ausgebildet sind, diese dann in den Kammern in einem eingeschalteten Zustand ein innerhalb der Kammern wirksames elektromagnetisches Feld erzeugen können, welches einem elektromagnetischen Feld ähnelt, wie es in sogenannten IPS-(„In Plane Switching“) LCD-Panels zum Einsatz kommt.In addition, it should be noted that if electromagnetic switching means are only formed in planar form on one surface of the chambers in the substrate, they can then generate an effective electromagnetic field within the chambers in a switched-on state, which is similar to an electromagnetic field, as is the case in so-called IPS ("In Plane Switching") LCD panels are used.
Vorteilhaft sind die elektromagnetischen Schaltmittel für Licht, das senkrecht über die Lichteintrittsfläche in das Substrat S einfällt, im für ein menschliches Auge sichtbaren Wellenlängenbereich zu mindestens 50% transparent.Advantageously, the electromagnetic switching means are at least 50% transparent for light that falls perpendicularly through the light entry surface into the substrate S in the wavelength range that is visible to the human eye.
Die elektromagnetischen Schaltmittel (wie auch die Fluidkammern) können weiterhin in mehrere, separat schaltbare Segmente unterteilt sein, so dass eine lokale Umschaltbarkeit zwischen dem ersten Betriebszustand B1 und dem zweiten Betriebszustand B2 ermöglicht wird. Mit lokaler Umschaltbarkeit ist hierbei gemeint, dass nicht in allen Kammern gleichzeitig der Betriebszustand zwischen B1 und B2 gewechselt wird, sondern dass vielmehr auf dem optischen Element gleichzeitig Bereiche mit beiden Betriebszuständen B1 und B2 vorliegen. Dies ist vorteilhaft, etwa wenn bei Nutzung des optischen Elements vor einem Bildschirm aus einem Blickwinkel von über 30 Grad zur Seite Teile des dargestellten Bildinhaltes sichtbar und andere nicht sichtbar sein sollen.The electromagnetic switching means (as well as the fluid chambers) can furthermore be divided into several, separately switchable segments, so that local switchability between the first operating state B1 and the second operating state B2 is made possible. Local switchability means that the operating state is not changed between B1 and B2 in all chambers at the same time, but rather that areas with both operating states B1 and B2 are present on the optical element at the same time. This is advantageous, for example, when, when using the optical element in front of a screen, parts of the displayed image content should be visible and others should not be visible from a viewing angle of over 30 degrees to the side.
Vorteilhaft sind in der Flüssigkeit oder in der Gerüstmatrix mehrere Arten von Partikeln vorhanden, die sich in ihren Transporteigenschaften im elektromagnetischen Feld unterscheiden.Several types of particles which differ in their transport properties in the electromagnetic field are advantageously present in the liquid or in the framework matrix.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in der Flüssigkeit mehrere Arten von Partikeln vorhanden, die sich in ihren Absorptionseigenschaften und/oder ihren Transporteigenschaften im elektromagnetischen Feld unterscheiden. Mit „Transporteigenschaften“ ist insbesondere das Verhalten der Partikel bei der (Di)-Elektro- oder Magnetophorese (Transport im Feld) gemeint. Diese Variante kommt insbesondere im Falle von Nanopartikeln zum Tragen: der Unterschied der Partikelarten besteht hierbei z.B. in der Partikelgröße und/oder der Oberflächenfunktion, d.h. im Zeta-Potential. Im Falle der Verwendung von Quantenpunkten oder Farbstoffen als Partikel und wenn diese fluoreszierend sind, kommt bevorzugt noch ein sogenanntes „Quencher“-Material zum Einsatz, um eben die Fluoreszenz zu vermeiden.In a further advantageous embodiment, several types of particles are present in the liquid which differ in their absorption properties and / or their transport properties in the electromagnetic field. “Transport properties” particularly mean the behavior of the particles during (di) electro- or magnetophoresis (transport in the field). This variant is particularly important in the case of nanoparticles: the difference between the types of particles is, for example, the particle size and / or the surface function, i.e. the zeta potential. If quantum dots or dyes are used as particles and if these are fluorescent, a so-called “quencher” material is preferably used in order to avoid fluorescence.
Die Lamellen bzw. Kammern können entweder parallel oder gitterförmig mit sich kreuzenden Bereichen zueinander ausgerichtet sein. Entsprechend gestalten sich dann die winkelabhängigen Transmissionseigenschaften des optischen Elements gegenüber einer oder zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen. Im bevorzugten Anwendungsfall sind die Kammern (insbesondere deren Längsseiten) jeweils parallel zur Mittelsenkrechten auf das Substrat S ausgerichtet.The lamellae or chambers can either be aligned parallel to one another or in a grid-like manner with areas crossing one another. The angle-dependent transmission properties of the optical element with respect to one or two planes perpendicular to one another are then designed accordingly. In the preferred application, the chambers (in particular their long sides) are each aligned parallel to the perpendicular to the substrate S.
Demgegenüber ist es aber auch möglich, dass die Kammern gegenüber der Mittelsenkrechten auf das Substrat S in einem Winkelbereich („Verkippungswinkel“) von -30° bis +30°, gegebenenfalls sogar zwischen -30° und +30°, geneigt sind. Auch diese Ausgestaltung nimmt Einfluss auf die Winkelabhängigkeit der Transmission des optischen Elements, insbesondere im Betriebszustand B2. Durch den genannten Neigungswinkel wird die durch die Partikelabsorption und die Partikelpositionen innerhalb der Kammern begründete winkelabhängige Absorption um einen festen Offset-Winkel gekippt, etwa wenn eine geringe Transmission in einem besonders steilen Winkel gewünscht ist.In contrast, it is also possible for the chambers to be inclined with respect to the perpendicular to the substrate S in an angular range (“tilt angle”) of -30 ° to + 30 °, possibly even between -30 ° and + 30 °. This configuration also influences the angular dependence of the transmission of the optical element, in particular in the operating state B2. Due to the mentioned angle of inclination, the angle-dependent due to the particle absorption and the particle positions within the chambers Absorption tilted by a fixed offset angle, for example when low transmission at a particularly steep angle is desired.
Beispielhaft können die lamellenartig ausgeprägten Fluidkammern in einer ersten Ebene parallel zur Hauptausbreitungsrichtung des Substrates zwischen 2 µm und 30 µm breit (Abstand Längsseite zu Längsseite einer Fluidkammer) und jeweils minimal 10 µm und maximal 150 µm voneinander beabstandet (Abstand Längsseite zu nächstbenachbarter Längsseite der nächstbenachbarten Fluidkammer) sein. Schließlich können die lamellenartig ausgeprägten Kammern R eine Höhe (Abstand Schmalseite zu Schmalseite) von minimal 10 µm und maximal 300 µm aufweisen, gemessen in einer Ebene senkrecht zur ersten Ebene. Abweichungen von diesen typischen Maßen sind jedoch möglich und liegen ebenso im Rahmen der Erfindung.For example, the lamellar fluid chambers in a first plane parallel to the main direction of propagation of the substrate can be between 2 µm and 30 µm wide (distance from long side to long side of a fluid chamber) and a minimum of 10 µm and a maximum of 150 µm from one another (distance from the long side to the next adjacent long side of the next adjacent fluid chamber ) being. Finally, the lamellar shaped chambers R can have a height (distance narrow side to narrow side) of a minimum of 10 μm and a maximum of 300 μm, measured in a plane perpendicular to the first plane. However, deviations from these typical dimensions are possible and are also within the scope of the invention.
Die Erfindung erlangt besondere Bedeutung, indem das optische Element in einem Bildschirm verwendet wird, der in einem ersten Betriebszustand B1 für einen freien Sichtmodus und in einem zweiten Betriebszustand B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend
- - ein erfindungsgemäßes optisches Element, wie vorstehend beschrieben, und
- - eine dem optischen Element von einem Betrachter aus gesehen nach- oder vorgeordnete Bildwiedergabeeinheit.
- an optical element according to the invention, as described above, and
- - An image reproduction unit arranged downstream or upstream of the optical element as seen by a viewer.
Bei der Bildwiedergabeeinheit handelt es sich beispielsweise um ein OLED-, ein LCD-Display, ein SED-Display, ein FED-Display, ein Micro-LED-Display oder ein VFD-Display. Da das optische Element unabhängig von der Art der Bildwiedergabeeinheit wirksam ist, kommen jedwede andere Bildschirmtypen ebenso in Frage.The image display unit is, for example, an OLED display, an LCD display, an SED display, an FED display, a micro-LED display or a VFD display. Since the optical element is effective regardless of the type of image display unit, any other types of screen are also possible.
Ferner ist es ebenso möglich, das erfindungsgemäße optische Element in einer Bildwiedergabeeinheit, die über eine Hintergrundbeleuchtung verfügt, beispielsweise in einem LCD-Bildschirm zu verwenden. Hier ist dann vorteilhaft das optische Element zwischen dem Bildwiedergabe-Panel (also dem LCD-Panel) und der Hintergrundbeleuchtung angeordnet, um zwischen einem ersten Betriebszustand B1 für einen freien Sichtmodus und einem zweiten Betriebszustand B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus umzuschalten, weil das Licht der Hintergrundbeleuchtung aufgrund des optischen Elements einmal fokussiert (im Betriebszustand B2) und einmal nicht fokussiert (im Betriebszustand B1) wird. Furthermore, it is also possible to use the optical element according to the invention in an image display unit which has a backlight, for example in an LCD screen. Here, the optical element is then advantageously arranged between the image display panel (i.e. the LCD panel) and the background lighting in order to switch between a first operating state B1 for a free viewing mode and a second operating state B2 for a restricted viewing mode, because the light from the background lighting due to the optical element it is focused once (in operating state B2) and once not focused (in operating state B1).
Grundsätzlich bleibt die Leistungsfähigkeit der Erfindung erhalten, wenn die vorbeschriebenen Parameter in bestimmten Grenzen variiert werden. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.In principle, the performance of the invention is retained if the parameters described above are varied within certain limits. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale zeigen, näher erläutert. Es zeigt
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1 eine Prinzipskizze zu zwei verschiedenen Partikelarten innerhalb einer Kapsel, -
2 eine Prinzipskizze zur bevorzugten Ausgestaltung von Januspartikeln, -
3 eine Prinzipskizze zu einer zweiten Ausgestaltung von Januspartikeln, -
4 eine Prinzipskizze zu einer dritten Ausgestaltung von Januspartikeln, -
5 die Prinzipskizze einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Elements im Betriebszustand B1 in Schnittdarstellung, -
6 die Prinzipskizze einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Elements im Betriebszustand B2 in Schnittdarstellung, -
7 die Prinzipskizze einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Elements im Betriebszustand B1 in Schnittdarstellung, -
8 die Prinzipskizze einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Elements im Betriebszustand B2 in Schnittdarstellung, -
9 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements in Draufsicht, wobei lokal verschieden beide Betriebszustände B1 und B2 eingeschaltet sind, und wobei die Kammern parallel zueinander angeordnet sind, -
10 die Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Elements in Draufsicht, wobei lokal verschieden beide Betriebszustände B1 und B2 eingeschaltet sind, und wobei die Kammern gekreuzt zueinander angeordnet sind, sowie -
11 eine Prinzipskizze zur Wirkung eines erfindungsgemäßen optischen Elements in beiden Betriebszuständen B1 und B2.
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1 a schematic diagram of two different types of particles within a capsule, -
2 a schematic diagram of the preferred design of Janus particles, -
3 a basic sketch of a second embodiment of Janus particles, -
4th a schematic diagram of a third embodiment of Janus particles, -
5 the schematic diagram of a first embodiment of the optical element according to the invention in the operating state B1 in a sectional view, -
6th the schematic diagram of a first embodiment of the optical element according to the invention in the operating state B2 in a sectional view, -
7th the schematic diagram of a second embodiment of the optical element according to the invention in the operating state B1 in a sectional view, -
8th the schematic diagram of a second embodiment of the optical element according to the invention in the operating state B2 in a sectional view, -
9 the schematic diagram of an optical element according to the invention in plan view, both operating states B1 and B2 being switched on locally differently, and the chambers being arranged parallel to one another, -
10 the schematic diagram of an optical element according to the invention in plan view, both operating states B1 and B2 being switched on locally differently, and the chambers being arranged crossed to one another, and -
11 a schematic diagram of the effect of an optical element according to the invention in both operating states B1 and B2.
Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen wieder. Zunächst zeigt die
Weiterhin zeigt
Ferner zeigt
In
Allgemein umfasst das optische Element
- - ein im Wesentlichen plattenförmiges Substrat S mit einer als Lichteintrittsfläche ausgebildeten ersten Großfläche und einer als Lichtaustrittsfläche ausgebildeten zweiten Großfläche,
- - eine Vielzahl von in das Substrat S eingebetteten Kammern R, welche in Abhängigkeit von ihrer Größe entweder einzeln eine Lamelle formen oder gruppenweise zusammengefasst sind, wobei jede Gruppe eine Lamelle formt, und jede Lamelle Längs- und Schmalseiten aufweist, welche sich zwischen der ersten Großfläche und der zweiten Großfläche erstrecken, wobei die Schmalseiten jeder Lamelle im Bereich der Großflächen angeordnet sind und die Längsseiten diese verbinden,
- - eine Flüssigkeit oder eine Gerüstmatrix F, mit der die Kammern R gefüllt sind, wobei die Flüssigkeit oder die Gerüstmatrix F bis zu 95 Volumenprozent elektrophoretisch oder magnetophoretisch bewegbarer Partikel P enthält, wobei die Partikel P
- i. entweder in einer ersten Ausgestaltung mindestens erste Partikel PA einer ersten Art von Partikeln umfassen, welche Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche im für ein menschliches Auge sichtbaren Bereich absorbieren, und zweite Partikel PB einer zweiten Art von Partikeln umfassen, welche Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche im für ein menschliches Auge sichtbaren Bereich reflektieren und/oder streuen, oder in einer zweiten Ausgestaltung die Flüssigkeit oder die Gerüstmatrix F selbst entweder die Rolle der ersten Partikel PA oder der zweiten Partikel PB erfüllt und die Partikel P nur die jeweils anderen Partikel PB oder PA umfassen,
- ii. oder die Partikel P als Januspartikel ausgebildet sind und jeweils mindestens einen ersten Bereich mit einer ersten Struktur P1 und einen davon verschiedenen zweiten Bereich mit einer zweiten Struktur P2 aufweisen, wobei die ersten Strukturen P1 Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche absorbieren, und die zweiten Strukturen P2 Licht einer oder mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche reflektieren und/oder streuen.
- - a substantially plate-shaped substrate S with a first large area designed as a light entry area and a second large area designed as a light exit area,
- - A plurality of chambers R embedded in the substrate S, which, depending on their size, either individually form a lamella or are combined in groups, each group forming a lamella, and each lamella having longitudinal and narrow sides, which are located between the first large area and the second large area, the narrow sides of each lamella being arranged in the area of the large areas and the long sides connecting them,
- a liquid or a framework matrix F with which the chambers R are filled, the liquid or the framework matrix F containing up to 95 percent by volume of electrophoretically or magnetophoretically movable particles P, the particles P
- i. either in a first embodiment comprise at least first particles P A of a first type of particles which absorb light of one or more wavelengths or wavelength ranges in the range visible to a human eye, and second particles P B of a second type of particles which absorb light from one or more wavelengths or wavelength ranges reflect and / or scatter several wavelengths or wavelength ranges in the range visible to a human eye, or in a second embodiment the liquid or the framework matrix F itself either fulfills the role of the first particles P A or the second particles P B and the particles P only the each comprise other particles P B or P A ,
- ii. or the particles P are designed as Janus particles and each have at least one first region with a first structure P 1 and a second region different therefrom with a second structure P 2 , the first structures P 1 absorbing light of one or more wavelengths or wavelength ranges, and the second structures P 2 reflect and / or scatter light of one or more wavelengths or wavelength ranges.
Das optische Element umfasst außerdem flächenförmig an einer oder mehreren Seiten der Lamellen im Substrat S ausgebildete elektromagnetische Schaltmittel, welche in einem eingeschalteten Zustand ein in den Lamellen wirksames elektromagnetisches Feld erzeugen, wodurch die Partikel P in der Flüssigkeit oder der Gerüstmatrix F bewegt werden, so dass sich eine winkelabhängige Transmission des optischen Elements für Licht der Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche, die von den Partikeln P absorbiert werden, welches in solchen Winkeln über die Lichteintrittsfläche in das Substrat S eintritt, dass es auf die Lamellen trifft, ändert.The optical element also comprises electromagnetic switching means, which are embodied in planar fashion on one or more sides of the lamellae in the substrate S and which, when switched on, generate an electromagnetic field effective in the lamellae, whereby the particles P are moved in the liquid or the framework matrix F so that an angle-dependent transmission of the optical element for light of the wavelengths or wavelength ranges that are absorbed by the particles P, which enters the substrate S at angles such that it hits the lamellae, changes.
Für alle folgenden Betrachtungen bezüglich der Zeichnungen
Im zweiten Betriebszustand B2 (
Hier sind noch geeignete Elektroden E1, E2, E3, E4, ... (von denen nur ein Teil eingezeichnet und markiert ist) als elektromagnetische Schaltmittel vorhanden. Zu sehen ist, dass die vorgenannten Elektroden in den unterschiedlichen Betriebszuständen entsprechend unterschiedlich angeschaltet werden, um die Bewegung (Rotation) der Januspartikel zu ermöglichen.Suitable electrodes E 1 , E 2 , E 3 , E 4 , ... (of which only a part is drawn and marked) are also present as electromagnetic switching means. It can be seen that the aforementioned electrodes are switched on correspondingly differently in the different operating states in order to enable the movement (rotation) of the Janus particles.
Ferner zeigt
Schließlich stellt
Die eine oder mehrere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche, in denen die elektrophoretisch oder magnetophoretisch bewegbaren Partikel PA bzw. die Strukturen P1 der Januspartikel Licht absorbieren, liegen bevorzugt im sichtbaren Spektrum und decken dieses besonders bevorzugt komplett ab. Sie können aber für besondere Zwecke auch außerhalb des sichtbaren Spektrums liegen, etwa wenn UV- bzw. IR-Licht beeinflusst werden soll, z.B. für Zwecke der Messtechnik.The one or more wavelengths or wavelength ranges in which the electrophoretically or magnetophoretically movable particles P A or the structures P 1 of the Janus particles absorb light are preferably in the visible spectrum and particularly preferably completely cover it. For special purposes, however, they can also be outside the visible spectrum, for example if UV or IR light is to be influenced, for example for purposes of measurement technology.
Die erste und die zweite Großfläche des plattenförmigen Substrates S sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet. Sie können jedoch in besonderen Ausgestaltungen, etwa wenn besondere winkelabhängige Transmissionen des optischen Elements erreicht werden sollen, auch nicht-parallel, z.B. keilförmig in einem definierten Winkel von bis zu 20 Grad zueinander angeordnet sein.The first and second large areas of the plate-shaped substrate S are preferably arranged parallel to one another. However, in special configurations, for example if special angle-dependent transmissions of the optical element are to be achieved, they can also be arranged non-parallel, e.g. in a wedge shape at a defined angle of up to 20 degrees to one another.
Die als Lichteintrittsfläche ausgebildete erste Großfläche des plattenförmigen Substrates S befindet sich in der Regel aus Sicht eines Betrachters auf der Rückseite des Substrates S und grenzt je nach Anwendungsfall des optischen Elements beispielsweise an eine Bildwiedergabeeinrichtung, eine Lichtquelle oder an ein Luftvolumen. Aus den letztgenannten Objekten tritt dann Licht durch die besagte Lichteintrittsfläche in das Substrat ein.The first large surface of the plate-shaped substrate S, designed as a light entry surface, is generally located on the rear side of the substrate S from the perspective of a viewer and, depending on the application of the optical element, is adjacent to an image display device, a light source or a volume of air, for example. From the last-mentioned objects, light then enters the substrate through the said light-entry surface.
Vorteilhaft umfassen die Partikel P erste Partikel PA und/oder zweite Partikel PB, welche in ortsfesten Kapseln eingebettet sind, die an Randflächen der Kammern R lokalisiert sind oder die Kammern R bilden, oder bei dem die Partikel P als Januspartikel ausgebildet sind, welche ortsfest an Randflächen der Kammern R lokalisiert sind, sich aber frei drehen können.The particles P advantageously include first particles P A and / or second particles P B , which are embedded in stationary capsules that are located on the edge surfaces of the chambers R or form the chambers R, or in which the particles P are designed as Janus particles are located stationary on the edge surfaces of the chambers R, but can rotate freely.
Die lamellenartig ausgebildeten Kammern mit Längs- und Schmalseiten, welche sich zwischen der ersten Großfläche und der zweiten Großfläche erstrecken, können beispielsweise in parallel zu den Großflächen ausgerichtet sein und im einfachsten Fall eine Quaderform aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass es sich um eine trapezförmige oder gekrümmte - wie etwa bogenförmige - Schmalseiten handelt. Im Falle der (nicht-würfelförmigen) Quaderform sind die Schmalseiten dann die länglichen Seiten, welche einen kleineren Flächeninhalt aufweisen, als die Längsseiten, welche wiederum in der Regel den größten Flächeninhalt aller sechs Oberflächen einer Fluidkammer aufweisen. Typischerweise sind die Schmalseiten parallel oder - bis auf einen weiter unten noch beschriebenen Verkippungswinkel - parallel zu den Großflächen des Substrates angeordnet, während die Längsseiten senkrecht oder - bis auf den Verkippungswinkel - senkrecht zu den zu den Großflächen des Substrates angeordnet sind.The lamellar chambers with longitudinal and narrow sides, which extend between the first large area and the second large area, can for example be aligned parallel to the large areas and, in the simplest case, have a cuboid shape. However, it is also possible that it is a trapezoidal or curved - such as arcuate - narrow sides. In the case of the (non-cube-shaped) cuboid shape, the narrow sides are then the elongated sides, which have a smaller area than the long sides, which in turn usually have the largest area of all six surfaces of a fluid chamber. Typically, the narrow sides are parallel or - apart from one further Tilt angles described below - arranged parallel to the large areas of the substrate, while the long sides are perpendicular or - except for the tilt angle - perpendicular to the large areas of the substrate.
Demgegenüber sind die verbleibenden Stirnseiten diejenigen beiden Oberflächen, welche keine Schmalseiten und keine Längsseiten verkörpern.In contrast, the remaining end faces are those two surfaces which do not embody any narrow sides or long sides.
Es ist explizit auch möglich, dass die Kammern zumindest teilweise an einer oder beiden Großflächen des Substrates herausragen.It is explicitly also possible for the chambers to protrude at least partially on one or both large surfaces of the substrate.
Vorteilhaft sind die Kammern mit einer Gerüstmatrix F gefüllt, welche als Polymermatrix und insbesondere als Gelmatrix ausgebildet ist. Eine solche Polymermatrix weist eine charakteristische Maschengröße auf. Durch diese Maschengröße spüren kleine Partikel P einen geringeren „Widerstand“ bei der Bewegung als große Partikel P und somit bewegen sich kleine und große Partikel P jeweils unterschiedlich schnell. Zum einen ist dies von Vorteil, um die Schaltzeiten zu kontrollieren und die Gleichverteilung der Partikel P zu beschleunigen, wenn diese als erste Partikel der ersten Art PA und zweite Partikel der zweiten Art PB ausgebildet sind; für Kapseln und Januspartikel ist dies allerdings irrelevant. Zum anderen hat eine solche Polymermatrix den Vorteil, dass sie die Diffusion stark hemmt und die Partikel P sich daher nicht von selbst bewegen, was vorteilhaft für die Kapseln ist.The chambers are advantageously filled with a framework matrix F, which is designed as a polymer matrix and in particular as a gel matrix. Such a polymer matrix has a characteristic mesh size. Because of this mesh size, small particles P feel less "resistance" to movement than large particles P and thus small and large particles P each move at different speeds. On the one hand, this is advantageous in order to control the switching times and to accelerate the uniform distribution of the particles P if they are designed as first particles of the first type P A and second particles of the second type P B ; for capsules and Janus particles, however, this is irrelevant. On the other hand, such a polymer matrix has the advantage that it strongly inhibits diffusion and the particles P therefore do not move by themselves, which is advantageous for the capsules.
Sofern die Kammern mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, ist im Falle von streuenden Partikeln P ein Brechungsindexkontrast zur Flüssigkeit F notwendig. Die Flüssigkeit F in den Kammern kann polar oder unpolar sein. Sie kann ferner zum Beispiel überwiegend aus Wasser, Öl, Toluol oder Formaldehyd bestehen, eventuell versetzt mit Elektrolyten.If the chambers are filled with a liquid, a refractive index contrast to the liquid F is necessary in the case of scattering particles P. The liquid F in the chambers can be polar or non-polar. It can also consist predominantly of water, oil, toluene or formaldehyde, possibly mixed with electrolytes.
Für den Fall, dass die Partikel P erste Partikel PA und/oder zweite Partikel PB umfassen, sind die ersten Partikel PA beispielsweise als Nano-Partikel, Quanten-Punkte und/oder Farbstoffe mit einer räumlichen Ausdehnung von maximal 200 nm, bevorzugt von maximal 50 nm, besonders bevorzugt von maximal 20 nm ausgebildet. Die zweiten Partikel PB sind als transparente oder reflektierende Kugeln mit Durchmessern zwischen 5 nm und 5000 nm ausgebildet.In the event that the particles P comprise first particles P A and / or second particles P B , the first particles P A are preferred, for example, as nano-particles, quantum dots and / or dyes with a spatial extension of a maximum of 200 nm of a maximum of 50 nm, particularly preferably a maximum of 20 nm. The second particles P B are designed as transparent or reflective spheres with diameters between 5 nm and 5000 nm.
Hier ist es beispielsweise denkbar, dass die ersten Partikel PA als BPQDs (Black Phosphorus Quantum Dots), Bleisulfid (PbS), CdTeSeS-Typ-II-Quantenpunkte, Azo-Farbstoffe und/oder als Metalloxidpartikel, bevorzugt aus CrO (insbesondere Chrom(IV)Oxid) oder Fe2O3, ausgebildet sind und eine Größe zwischen 2 nm und 50 nm einschließlich aufweisen.Here it is conceivable, for example, that the first particles P A as BPQDs (Black Phosphorus Quantum Dots), lead sulfide (PbS), CdTeSeS type II quantum dots, azo dyes and / or as metal oxide particles, preferably made of CrO (in particular chromium ( IV) oxide) or Fe2O3, and have a size between 2 nm and 50 nm inclusive.
Mit „räumlicher Ausdehnung“ ist die maximale Ausdehnung im dreidimensionalen Raum oder aber der hydrodynamische Radius gemeint, je nach dem, was größer ist. Bei kugelförmigen Partikeln ist das also der Durchmesser. Bei schnurförmigen Partikeln ist das der größtmögliche Abstand, den zwei Punkte auf der Oberfläche des Partikels jeweils voneinander aufweisen können.“Spatial expansion” means the maximum expansion in three-dimensional space or the hydrodynamic radius, whichever is larger. In the case of spherical particles, this is the diameter. In the case of string-shaped particles, this is the greatest possible distance that two points on the surface of the particle can have from one another.
In der anderen Variante sind die Partikel P als Januspartikel mit kugelförmiger Oberfläche ausgebildet, bei denen der erste und der zweite Bereich jeweils von Hemisphären der kugelförmigen Oberfläche gebildet wird. Die Partikel P sind dabei als Mikro-Partikel ausgebildet und weisen eine räumliche Ausdehnung von maximal 200 µm, bevorzugt von maximal 50 µm, besonders bevorzugt von maximal 20 µm auf. Insbesondere ist es denkbar, dass die Januspartikel aus einem transparenten Material, bevorzugt Polysterol, Melaminharz oder Silica gebildet sind und eine der Hemisphären zur Realisierung elektrophoretischer Eigenschaften mit einer Metallschicht oder einer metallischen Nanopartikelschicht überzogen ist.In the other variant, the particles P are designed as Janus particles with a spherical surface, in which the first and the second area are each formed by hemispheres of the spherical surface. The particles P are designed as micro-particles and have a spatial extension of a maximum of 200 μm, preferably a maximum of 50 μm, particularly preferably a maximum of 20 μm. In particular, it is conceivable that the Janus particles are formed from a transparent material, preferably polystyrene, melamine resin or silica and one of the hemispheres is coated with a metal layer or a metallic nanoparticle layer in order to achieve electrophoretic properties.
Weiterhin ist es möglich, dass die Januspartikel aus einem transparenten Material, bevorzugt Polysterol, Melaminharz oder Silica gebildet sind und eine der Hemisphären zur Realisierung magnetophoretischer Eigenschaften mit einer ferromagnetischen und absorbierenden Metall- oder Metalloxidschicht oder einer ferromagnetischen Nanopartikelschicht, bevorzugt mit Fe2O3-Nanopartikeln überzogen ist, und die andere Hälfte mit einer reflektierenden Schicht, bevorzugt einer Silber- oder Aluminiumschicht, oder einer weißen Schicht überzogen ist.It is also possible that the Janus particles are formed from a transparent material, preferably polystyrene, melamine resin or silica and one of the hemispheres for realizing magnetophoretic properties with a ferromagnetic and absorbing metal or metal oxide layer or a ferromagnetic nanoparticle layer, preferably with Fe 2 O 3 - Nanoparticles is coated, and the other half is coated with a reflective layer, preferably a silver or aluminum layer, or a white layer.
Wie weiter oben bereits erläutert, ist das wesentliche Charakteristikum eines kugelförmigen Januspartikels, dass es zwei Hemisphären aufweist, die voneinander verschiedene physikalische Eigenschaften aufweisen. Die erste Hemisphäre soll auf sie einfallendes Licht streuen oder reflektieren und die andere einfallendes Licht absorbieren. Somit erfüllt die Licht absorbierende erste Hemisphäre quasi die Eigenschaften der ersten Partikel PA der ersten Art und die Licht streuende/reflektierende Hemisphäre die Eigenschaften der zweiten Partikel PB der zweiten Art.As already explained above, the essential characteristic of a spherical Janus particle is that it has two hemispheres which have different physical properties from one another. The first hemisphere is said to scatter or reflect light incident on it and the other to absorb incident light. The light-absorbing first hemisphere thus quasi fulfills the properties of the first particles P A of the first type and the light-scattering / reflecting hemisphere the properties of the second particles P B of the second type.
Beispielsweise lassen sich für die Verwendung im erfindungsgemäßen optischen Element geeignete Januspartikel auf folgende Weise ausgestalten:
- d) wie vorstehend genannt: transparente Kugel (Polystyrol, Melaminharz oder Silica) oder streuende Kugel mit absorbierender Hemisphäre,
- e) Farbige oder schwarze Kugel mit reflektierender Hemisphäre, sowie
- f) Kugel mit je einer reflektierenden und je einer absorbierenden Hemisphäre.
- d) as mentioned above: transparent ball (polystyrene, melamine resin or silica) or scattering ball with absorbing hemisphere,
- e) Colored or black sphere with reflective hemisphere, as well
- f) Sphere with one reflecting and one absorbing hemisphere.
Eine streuende Kugel lässt sich z.B. mittels TiO - Nanopartikel in einer Polystyrol Kugel oder Silika - Nanopartikel in einer Polystyrolkugel realisieren. Allgemein sind alle passenden Materialien denkbar, die weiß-streuend bzw. reflektierend sind. Ein Brechungsindexkontrast der eingesetzten Nanopartikel zum Kugelmaterial der Partikel macht die transparente Kugel streuender. Alternativ ist auch eine farbige oder schwarze Kugel für die Partikel P möglich, z.B. mit Polystyrol gefüllt mit absorbierenden Nanopartikel, QD oder Farbstoffen. Die Beispiele hierfür sind die gleichen wie für die Partikel Pa. Auch eine Chrom(IV)Oxidkugel mit ferromagnetischen Eigenschaften kann verwendet werden.A scattering sphere can be realized, for example, by means of TiO nanoparticles in a polystyrene sphere or silica nanoparticles in a polystyrene sphere. In general, all suitable materials are conceivable that are white-scattering or reflective. A refractive index contrast between the nanoparticles used and the spherical material of the particles makes the transparent sphere more scattering. Alternatively, a colored or black ball is also possible for the particles P, for example filled with polystyrene with absorbent nanoparticles, QD or dyes. The examples are the same as for the particles P a . A chrome (IV) oxide ball with ferromagnetic properties can also be used.
Die reflektierende Hemisphäre kann beispielsweise mittels eines Filmes oder Nanopartikeln aus Aluminium, Chrom, Silber oder anderen Metallen umgesetzt werden, wie für die zweiten Partikel der zweiten Art PB beschrieben. Für die absorbierende Hemisphäre kommen beispielsweise Carbon, Chrom(IV)Oxid, Fe2O3 als Film oder eben Nanopartikel wie für PB beschrieben in Frage.The reflective hemisphere can be implemented, for example, by means of a film or nanoparticles made of aluminum, chromium, silver or other metals, as described for the second particles of the second type P B. For the absorbing hemisphere, for example, carbon, chromium (IV) oxide, Fe 2 O 3 as a film or even nanoparticles as described for P B are possible .
Die elektrophoretischen Eigenschaften werden durch die Eigenschaften der Oberflächen bestimmt. Diese können durch eine Oberflächenfunktionalisierung verbessert bzw. kontrolliert werden. Damit die Januspartikel magnetophoretisch sind, muss entweder die Kugel selbst, d.h. das Material der Kugel magnetophoretisch sein oder eine der Hemisphären, d.h. genauer eine Oberflächenbeschichtung in dieser Hemisphäre. Magnetische Materialien sind beispielsweise Nickel, Eisen oder Chrom(IV)Oxid. Bei der Materialwahl muss darauf geachtet werden, dass die magnetischen Dipole der Kugeln permanent sind, damit die Januspartikel gezielt rotiert werden können. Dies lässt sich beispielsweise mit ferromagnetischen Januspartikeln erreichen.The electrophoretic properties are determined by the properties of the surfaces. These can be improved or controlled by surface functionalization. In order for the Janus particles to be magnetophoretic, either the sphere itself, i.e. the material of the sphere, must be magnetophoretic, or one of the hemispheres, i.e. more precisely a surface coating in this hemisphere. Magnetic materials are, for example, nickel, iron or chromium (IV) oxide. When choosing the material, it must be ensured that the magnetic dipoles of the spheres are permanent so that the Janus particles can be rotated in a targeted manner. This can be achieved, for example, with ferromagnetic Janus particles.
Der Durchmesser der Januspartikel beträgt im Normalfall mehr als 200 nm und die Dicke der aufgetragenen Schichten beträgt mehr als 10 nm, diese Werte können aber auch über- oder unterschritten werden.The diameter of the Janus particles is normally more than 200 nm and the thickness of the applied layers is more than 10 nm, but these values can also be exceeded or not reached.
Zusätzlich sollten möglichst alle vorhandenen Partikel P noch eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, und zwar mit hohem Zeta-Potential - zum einen als Stabilisierung im der Flüssigkeit bzw, Gerüstmatrix F und zum anderen für die Begünstigung der Elektrophorese, sofern es sich um elektrophoretisch bewegbare Partikel handelt. Dies lässt sich mit PVP (Polyvinylpyrrolidon) oder PEG (Polyethylenglykol) für wässrige Systeme umsetzen.In addition, as far as possible, all existing particles P should have a surface functionalization, namely with a high zeta potential - on the one hand as stabilization in the liquid or framework matrix F and on the other hand to promote electrophoresis, provided that the particles are electrophoretically movable. This can be implemented with PVP (polyvinylpyrrolidone) or PEG (polyethylene glycol) for aqueous systems.
Die flächenförmig an einer oder mehreren Seiten der Kammern im Substrat ausgebildeten elektromagnetischen Schaltmittel sind beispielsweise an den Schmalseiten der jeweiligen Kammern angeordnet.The electromagnetic switching means, which are flat on one or more sides of the chambers in the substrate, are arranged, for example, on the narrow sides of the respective chambers.
Für alle vorgenannten Ausgestaltungen gilt, dass bevorzugt entweder die Partikel P elektrisch geladen sind und die elektromagnetischen Schaltmittel als Elektroden zur Erzeugung eines statischen oder dynamischen elektrischen Feldes ausgebildet sind oder die Partikel P magnetisch sind und die elektromagnetischen Schaltmittel als elektromagnetische Schichten zur Erzeugung eines statischen oder dynamischen Magnetfeldes ausgebildet sind, so dass die elektromagnetischen Partikel P im elektrischen oder magnetischen Feld in der Flüssigkeit eine Bewegung ausführen. Bei Anliegen eines homogenen elektrischen Feldes beispielsweise sind die entsprechenden elektrischen Feldlinien dann in der Mitte einer Fluidkammer parallel ausgebildet und zeigen am Rande eher Abweichungen von der Parallelität. Andere Ausgestaltungen sind jedoch ebenso möglich.For all of the aforementioned configurations, it is preferred that either the particles P are electrically charged and the electromagnetic switching means are designed as electrodes for generating a static or dynamic electric field or the particles P are magnetic and the electromagnetic switching means are electromagnetic layers for generating a static or dynamic one Magnetic field are formed, so that the electromagnetic particles P perform a movement in the electric or magnetic field in the liquid. When a homogeneous electric field is applied, for example, the corresponding electric field lines are then formed in parallel in the middle of a fluid chamber and tend to show deviations from parallelism at the edge. However, other configurations are also possible.
Dominierende physikalische Effekte für die Bewegung der Partikel beim Anliegen eines elektromagnetischen Feldes, insbesondere eines statischen Feldes, sind die (Di-)Elektrophorese oder die Magnetophorese. Für den Fall, dass kein elektrisches bzw. kein magnetisches Feld anliegt, bewegen sich die Partikel insbesondere aufgrund von Diffusion in den Kammern und verteilen sich somit über die Zeit homogen . Bei Partikeln, die nicht größer als 50 nm sind, spielt außerdem die Schwerkraft keine Rolle; diese sedimentieren also nicht bzw. ändern ihre vertikale Position in der Kammer nicht.Dominant physical effects for the movement of the particles when an electromagnetic field is applied, in particular a static field, are (di-) electrophoresis or magnetophoresis. In the event that no electrical or no magnetic field is applied, the particles move in the chambers, in particular due to diffusion, and are thus distributed homogeneously over time. In the case of particles that are no larger than 50 nm, gravity is also irrelevant; they do not sediment or change their vertical position in the chamber.
Die besagten Elektroden E, E1, E2, ... können parallel, senkrecht oder unter einem anderen definierten Winkel zu ersten Großfläche des Substrates S angeordnet sein.Said electrodes E, E 1 , E 2 ,... Can be arranged parallel, perpendicular or at another defined angle to the first large area of the substrate S.
Wenn die Partikel P erste Partikel PA und/oder zweite Partikel PB umfassen, so können die ersten Partikel PA und die zweiten Partikel PB eine translatorische Bewegung entlang des elektrischen oder magnetischen Feldes ausführen.If the particles P comprise first particles P A and / or second particles P B , then the first particles P A and the second particles P B can execute a translational movement along the electric or magnetic field.
Alternativ, wenn die Partikel (P) als Januspartikel ausgestaltet sind, ist die Bewegung bevorzugt eine rotatorische Bewegung um eine vorgegebene Achse, welche parallel zu einer Längs- oder Schmalseite der Lamelle liegt.Alternatively, if the particles (P) are designed as Janus particles, the movement is preferably a rotary movement about a predetermined axis which is parallel to a longitudinal or narrow side of the lamella.
Mittels der elektromagnetischen Schaltmittel und einer Ansteuerschaltung sind mindestens zwei Betriebszustände definiert, wobei in einem ersten Betriebszustand B1 die winkelabhängige Transmission bei mehr als 50% und in einem zweiten Betriebszustand B2 bei weniger als 50% liegt. Dies gilt in einem Winkelbereich von vorzugsweise +/-30° bis +/-90° (also jeweils von -90° bis -30° und gleichzeitig von +30° bis +90°, nicht aber zwischen -30° und +30°) bezogen auf eine Flächennormale der zweiten Großfläche des Substrats und gemessen in eine Richtung senkrecht zu einer Längsausdehnung der lamellenförmigen (Fluid-)Kammern. Der Winkelbereich kann auch variiert werden und anstelle von +/-30° auch den Bereich von jeweils +/-10° bis +/-90°, +/-20° bis +/-90°, +/-45° bis +/-90° oder +/-25° bis +/-90° umfassen. Die Längsausdehnung ist hier definiert mit der Verbindungsgeraden der Flächenmittelpunkte der beiden Stirnseiten einer jeden Fluidkammer.At least two operating states are defined by means of the electromagnetic switching means and a control circuit, the angle-dependent transmission being more than 50% in a first operating state B1 and less than 50% in a second operating state B2. This applies in an angle range of preferably +/- 30 ° to +/- 90 ° (i.e. in each case from -90 ° to -30 ° and at the same time from + 30 ° to + 90 °, but not between -30 ° and + 30 ° ) based on a surface normal of the second large surface of the substrate and measured in a direction perpendicular to a longitudinal extension of the lamellar (fluid) chambers. The angular range can also be varied and instead of +/- 30 ° also the range from +/- 10 ° to +/- 90 °, +/- 20 ° to +/- 90 °, +/- 45 ° to + / -90 ° or +/- 25 ° to +/- 90 °. The longitudinal extent is defined here with the straight line connecting the surface centers of the two end faces of each fluid chamber.
Mit anderen Worten: die verschiedenen Betriebszustände B1, B2 unterscheiden sich insbesondere dadurch, dass die jeweils lokale Konzentration und Lokalisation der Partikel in den Kammern verändert wird, um die Transmissionseigenschaften aufgrund der Absorption durch die Partikel zu verändern.In other words: the various operating states B1, B2 differ in particular in that the respective local concentration and localization of the particles in the chambers is changed in order to change the transmission properties due to the absorption by the particles.
Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, dass mehr als zwei Betriebszustände B1, B2, B3 etc. eingestellt werden können. Hierzu würde z.B. gegenüber den oben beschriebenen Varianten für die Betriebszustände B1 und B2 in einem dritten (vierten, fünften, ..) Betriebszustand ein andersartiges elektromagnetisches Feld angelegt, was dazu führt, dass der Ausbringungsgrad der Partikel bzw. Partikelarten unterschiedlich stark zwischen den Betriebszuständen ist, so dass insgesamt drei oder mehr verschiedene winkelabhängige Transmissionsgrade erreicht werden. Die kann z.B. für winkelabhängige Dimmungsanwendungen von Interesse sein. Letzten Endes handelt es sich bei den weiteren Betriebszuständen nur um anders gestaltete Ausbildungen des Betriebszustandes B2.It is also within the scope of the invention that more than two operating states B1, B2, B3 etc. can be set. For example, compared to the variants described above for operating states B1 and B2, a different type of electromagnetic field would be applied in a third (fourth, fifth, ...) operating state, which means that the level of particle or particle type is differently strong between the operating states so that a total of three or more different angle-dependent degrees of transmission can be achieved. This can be of interest, for example, for angle-dependent dimming applications. Ultimately, the other operating states are only differently designed configurations of the operating state B2.
Überdies sei angemerkt, dass wenn flächenförmig nur jeweils an einer Oberfläche der Kammern im Substrat elektromagnetische Schaltmittel ausgebildet sind, diese dann in den Kammern in einem eingeschalteten Zustand ein innerhalb der Kammern wirksames elektromagnetisches Feld erzeugen können, welches einem elektromagnetischen Feld ähnelt, wie es in sogenannten IPS-(„In Plane Switching“) LCD-Panels zum Einsatz kommt.In addition, it should be noted that if electromagnetic switching means are only formed in planar form on one surface of the chambers in the substrate, they can then generate an effective electromagnetic field within the chambers in a switched-on state, which is similar to an electromagnetic field, as is the case in so-called IPS ("In Plane Switching") LCD panels are used.
Vorteilhaft sind die elektromagnetischen Schaltmittel für Licht, das senkrecht über die Lichteintrittsfläche in das Substrat S einfällt, im für ein menschliches Auge sichtbaren Wellenlängenbereich zu mindestens 50% transparent.Advantageously, the electromagnetic switching means are at least 50% transparent for light that falls perpendicularly through the light entry surface into the substrate S in the wavelength range that is visible to the human eye.
Die elektromagnetischen Schaltmittel E, E1, E2, ... (wie auch die Fluidkammern) können weiterhin in mehrere, separat schaltbare Segmente unterteilt sein, so dass eine lokale Umschaltbarkeit zwischen dem ersten Betriebszustand B1 und dem zweiten Betriebszustand B2 ermöglicht wird. Mit lokaler Umschaltbarkeit ist hierbei gemeint, dass nicht in allen Kammern gleichzeitig der Betriebszustand zwischen B1 und B2 gewechselt wird, sondern dass vielmehr auf dem optischen Element gleichzeitig Bereiche mit beiden Betriebszuständen B1 und B2 vorliegen. Dies ist vorteilhaft, etwa wenn bei Nutzung des optischen Elements vor einem Bildschirm aus einem Blickwinkel von über 30 Grad zur Seite Teile des dargestellten Bildinhaltes sichtbar und andere nicht sichtbar sein sollen.The electromagnetic switching means E, E 1 , E 2 , ... (as well as the fluid chambers) can furthermore be divided into several, separately switchable segments, so that local switchability between the first operating state B1 and the second operating state B2 is made possible. Local switchability means that the operating state is not changed between B1 and B2 in all chambers at the same time, but rather that areas with both operating states B1 and B2 are present on the optical element at the same time. This is advantageous, for example, when, when using the optical element in front of a screen, parts of the displayed image content should be visible and others should not be visible from a viewing angle of more than 30 degrees to the side.
Die ist dargestellt in
Demgegenüber zeigt
Vorteilhaft sind in der Flüssigkeit oder in der Gerüstmatrix F mehrere Arten von Partikeln vorhanden, die sich in ihren Transporteigenschaften im elektromagnetischen Feld unterscheiden.Several types of particles are advantageously present in the liquid or in the framework matrix F which differ in their transport properties in the electromagnetic field.
Die Lamellen bzw. Kammern R können, wie in
Demgegenüber ist es aber auch möglich, dass die Kammern gegenüber der Mittelsenkrechten auf das Substrat S in einem Winkelbereich („Verkippungswinkel“) von -30° bis +30°, gegebenenfalls sogar zwischen -30° und +30°, geneigt sind. Auch diese Ausgestaltung nimmt Einfluss auf die Winkelabhängigkeit der Transmission des optischen Elements, insbesondere im Betriebszustand B2. Durch den genannten Neigungswinkel wird die durch die Partikelabsorption und die Partikelpositionen innerhalb der Kammern begründete winkelabhängige Absorption um einen festen Offset-Winkel gekippt, etwa wenn eine geringe Transmission in einem besonders steilen Winkel gewünscht ist.In contrast, it is also possible for the chambers to be inclined with respect to the perpendicular to the substrate S in an angular range (“tilt angle”) of -30 ° to + 30 °, possibly even between -30 ° and + 30 °. This configuration also influences the angular dependence of the transmission of the optical element, in particular in the operating state B2. As a result of the aforementioned angle of inclination, the angle-dependent absorption established by the particle absorption and the particle positions within the chambers is tilted by a fixed offset angle, for example when a low transmission at a particularly steep angle is desired.
Beispielhaft können die lamellenartig ausgeprägten Fluidkammern, in einer ersten Ebene parallel zur Hauptausbreitungsrichtung des Substrates zwischen 2 µm und 30 µm breit (Abstand Längsseite zu Längsseite einer Fluidkammer) und jeweils minimal 10 µm und maximal 150 µm voneinander beabstandet (Abstand Längsseite zu nächstbenachbarter Längsseite der nächstbenachbarten Fluidkammer) sein. Schließlich können die lamellenartig ausgeprägten Kammern R eine Höhe (Abstand Schmalseite zu Schmalseite) von minimal 10µm und maximal 300µm aufweisen, gemessen in einer Ebene senkrecht zur ersten Ebene. Abweichungen von diesen typischen Maßen sind jedoch möglich und liegen ebenso im Rahmen der Erfindung.For example, the lamellar fluid chambers, in a first plane parallel to the main direction of propagation of the substrate, between 2 µm and 30 µm wide (distance from long side to long side of a fluid chamber) and at least 10 µm and a maximum of 150 µm apart (distance from long side to next adjacent long side of the next one) Fluid chamber). Finally, the lamellar shaped chambers R can have a height (distance narrow side to narrow side) of a minimum of 10 μm and a maximum of 300 μm, measured in a plane perpendicular to the first plane. However, deviations from these typical dimensions are possible and are also within the scope of the invention.
Das vorangehend beschriebene optische Element eignet sich besonders für die Verwendung in einem Bildschirm, der in einem ersten Betriebszustand B1 für einen freien Sichtmodus und in einem zweiten Betriebszustand B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfassend
- - ein optisches Element, wie vorstehend beschrieben, und
- - eine dem optischen Element von einem Betrachter aus gesehen nach- oder vorgeordnete Bildwiedergabeeinheit.
- - an optical element as described above, and
- - An image reproduction unit arranged downstream or upstream of the optical element as seen by a viewer.
Bei der Bildwiedergabeeinheit handelt es sich beispielsweise um ein OLED, ein LCD-Display, ein SED-Display, ein FED-Display, ein Micro-LED-Display oder ein VFD-Display. Da das optische Element unabhängig von der Art der Bildwiedergabeeinheit wirksam ist, kommen jedwede andere Bildschirmtypen ebenso in Frage.The image display unit is, for example, an OLED, an LCD display, an SED display, an FED display, a micro-LED display or a VFD display. Since the optical element is effective regardless of the type of image display unit, any other types of screen are also possible.
Ferner ist es ebenso möglich, das erfindungsgemäße optische Element in einer Bildwiedergabeeinheit, die über eine Hintergrundbeleuchtung verfügt, beispielsweise in einem LCD-Bildschirm, zu verwenden. Hier ist dann vorteilhaft das optische Element zwischen dem Bildwiedergabe-Panel (also dem LCD-Panel) und der Hintergrundbeleuchtung angeordnet, um zwischen einem ersten Betriebszustand B1 für einen freien Sichtmodus und einem zweiten Betriebszustand B2 für einen eingeschränkten Sichtmodus umzuschalten, weil das Licht der Hintergrundbeleuchtung aufgrund des optischen Elements einmal fokussiert (im Betriebszustand B2) und einmal nicht fokussiert (im Betriebszustand B1) wird.Furthermore, it is also possible to use the optical element according to the invention in an image display unit which has a backlight, for example in an LCD screen. Here, the optical element is then advantageously arranged between the image display panel (i.e. the LCD panel) and the background lighting in order to switch between a first operating state B1 for a free viewing mode and a second operating state B2 for a restricted viewing mode, because the light from the background lighting due to the optical element it is focused once (in operating state B2) and once not focused (in operating state B1).
Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße optische Element löst die gestellte Aufgabe: Es wurde ein optisches Element beschrieben, welches die Transmission winkelabhängig (und optional senkrecht) beeinflussen kann, und welches zwischen mindestens zwei Betriebszuständen umschalten kann. Das optische Element ist preiswert umsetzbar und insbesondere mit verschiedenartigen Bildschirmtypen universell verwendbar, um eine Umschaltung zwischen einem Sichtschutz- und einem freien Betrachtungsmodus zu ermöglichen, wobei die Auflösung eines solchen Bildschirms im Wesentlichen nicht herabgesetzt wird.The above-described optical element according to the invention solves the problem: An optical element was described which can influence the transmission as a function of the angle (and optionally perpendicular) and which can switch between at least two operating states. The optical element can be implemented inexpensively and, in particular, can be used universally with different types of screen in order to enable switching between a privacy screen and a free viewing mode, the resolution of such a screen being essentially not reduced.
Die vorangehend beschriebene Erfindung kann im Zusammenspiel mit einer Bildwiedergabeeinrichtung vorteilhaft überall da angewendet werden, wo vertrauliche Daten angezeigt und/oder eingegeben werden, wie etwa bei der PIN-Eingabe oder zur Datenanzeige an Geldautomaten oder Zahlungsterminals oder zur Passworteingabe oder beim Lesen von Emails auf mobilen Geräten. Die Erfindung kann - wie weiter oben beschrieben - auch in Fahrzeugen, insbesondere in PKW, angewendet werden.The invention described above can be used in conjunction with an image display device wherever confidential data is displayed and / or entered, such as when entering a PIN or for displaying data at ATMs or payment terminals or for entering passwords or when reading emails on mobile phones Devices. As described above, the invention can also be used in vehicles, in particular in passenger cars.
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