DE102020006110B3 - Switchable light filter with variable transmission and screen with such a switchable light filter and use of such a screen - Google Patents
Switchable light filter with variable transmission and screen with such a switchable light filter and use of such a screen Download PDFInfo
- Publication number
- DE102020006110B3 DE102020006110B3 DE102020006110.9A DE102020006110A DE102020006110B3 DE 102020006110 B3 DE102020006110 B3 DE 102020006110B3 DE 102020006110 A DE102020006110 A DE 102020006110A DE 102020006110 B3 DE102020006110 B3 DE 102020006110B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- light
- switchable
- filter
- layer
- operating mode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
- G02B27/286—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/1323—Arrangements for providing a switchable viewing angle
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1347—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells
- G02F1/13475—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells in which at least one liquid crystal cell or layer is doped with a pleochroic dye, e.g. GH-LC cell
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Lichtfilter. Dieser umfasst unter anderem ein optisches Element (1), welches mindestens eine, bevorzugt mehr als fünf, Schichten (S1, S2, ...) umfasst, wobei jede Schicht (S1, S2, ...) Material mit einer Vielzahl Licht absorbierender elektrischer Absorptionsdipole umfasst, welche mindestens in einem ersten Zustand parallel zu einer wählbaren Vorzugsrichtung ausgerichtet sind oder um diese herum fluktuieren, wobei die besagte Vorzugsrichtung einen Winkel zwischen 0° und 45° zur Flächennormale der Schicht S1 einschließt, so dass Licht, welches das optische Element durchdringt, in Abhängigkeit von seiner Einfallsrichtung gegenüber den Schichten (S1, S2, ...) und seinen Polarisationseigenschaften transmittiert oder teilweise oder ganz absorbiert wird. Dabei können optional die Licht absorbierenden elektrischen Absorptionsdipole in jeder Schicht (S1, S2, ...) in ihrer Ausrichtung und/oder ihrem Absolutwert und/oder ihrer Dichte variiert werden, um die jeweilige Schicht (S1, S2, ...) in mindestens zwei verschiedene Zustände versetzen zu können. Im Zusammenspiel mit mindestens einem Polarisationsfilter (P) und/oder Mitteln zur Variation der Polarisationseigenschaften von Licht, wie etwa Flüssigkristallen, kann das optische Element (1) in einem schaltbaren Lichtfilter (5) eingesetzt werden, der wiederum in Kombination mit einer Bildwiedergabeeinrichtung einen zu- und abschaltbaren Sichtschutzeffekt ermöglicht.The invention relates to a switchable light filter. This includes, inter alia, an optical element (1) which comprises at least one, preferably more than five, layers (S1, S2, ...), each layer (S1, S2, ...) having a large number of light-absorbing material comprises electrical absorption dipoles which are aligned at least in a first state parallel to a selectable preferred direction or fluctuate around this, said preferred direction enclosing an angle between 0 ° and 45 ° to the surface normal of the layer S1, so that light which the optical element penetrates, is transmitted or partially or wholly absorbed depending on its direction of incidence with respect to the layers (S1, S2, ...) and its polarization properties. The light-absorbing electrical absorption dipoles in each layer (S1, S2, ...) can optionally be varied in their orientation and / or their absolute value and / or their density in order to make the respective layer (S1, S2, ...) in to be able to set at least two different states. In conjunction with at least one polarization filter (P) and / or means for varying the polarization properties of light, such as liquid crystals, the optical element (1) can be used in a switchable light filter (5), which in turn can be used in combination with an image display device - and switchable privacy effect enabled.
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. 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.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. A similar problem arises in vehicle construction: When the engine is 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
Die
Der Ansatz der Technologie der „Elektrischen Doppelbrechung (EDB)“ beruht auf der Idee, die schaltbaren Flüssigkeitskristalle eines zusätzlich aufgebrachten LC-Panels zur „Filterung“ aller nicht in einem bestimmten Abstrahlwinkel aus der bildgebenden Schicht austretenden Lichtstrahlen zu nutzen. Nachteile dieser Technologie sind ein hoher zusätzlicher Energie- und Kostenaufwand und der schwer veränderbare +/-40° Sweet Spot. Der Absorptionsgrad der LC-Strukturen ist ebenfalls unzureichend, da die Abschwächung der Lichtintensität für Betrachtungswinkel größer des Sweetspots wieder ansteigt, so dass die Lichtintensität für Betrachtungswinkel größer als +/-40° bis zu 3% von der maximalen Lichtintensität beträgt.The approach of the technology of "electrical birefringence (EDB)" is based on the idea of using the switchable liquid crystals of an additionally applied LC panel to "filter" all light rays that do not exit the imaging layer at a certain angle. Disadvantages of this technology are a high additional energy and cost expenditure and the difficult to change +/- 40 ° sweet spot. The degree of absorption of the LC structures is also insufficient, since the attenuation of the light intensity increases again for viewing angles greater than the sweet spot, so that the light intensity for viewing angles greater than +/- 40 ° is up to 3% of the maximum light intensity.
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 und/oder visuelle Artefakte bei sehr hoch auflösenden Displays aufweisen.The aforementioned methods and arrangements usually 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 freely viewable mode and / or visual artifacts with very high resolution displays.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen schaltbaren Lichtfilter zu beschreiben, mit Hilfe dessen die Transmission von Licht winkelabhängig (optional senkrecht) beeinflusst werden kann, wobei hier zwischen mindestens zwei Betriebszuständen umgeschaltet werden kann. Dabei sollen insbesondere Winkeleinschränkungen in der Transmission in bestimmte Richtungen umschaltbar sein. Der schaltbare Lichtfilter bzw. darauf basierende Systeme sollen preiswert umsetzbar und insbesondere mit verschiedenartigen Bildschirmtypen universell verwendbar sein, um eine Umschaltung zwischen einem -mindestens in der horizontalen Richtung bestehenden- 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 describe a switchable light filter with the aid of which the transmission of light can be influenced as a function of the angle (optionally perpendicular), it being possible here to switch between at least two operating states. In particular, it should be possible to switch angle restrictions in the transmission in certain directions. The switchable light filter or systems based on it should be inexpensive to implement and, in particular, universally usable with different types of screen in order to enable switching between a privacy screen that exists at least in the horizontal direction and a free viewing mode, the resolution of such a screen being essentially not should be reduced.
Zunächst wird ein für die Lösung dieser Aufgabe benötigtes optisches Element beschrieben. Dieses umfasst
- - mindestens eine, bevorzugt mehr als fünf, Schichten
S1 ,S2 , ..., (eine SchichtS1 ,S2 , ... kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise einer Moleküllage entsprechen; es kann sich aber auch um eine mechanisch separate Lage eines geeigneten Materials handeln), - - wobei jede Schicht
S1 ,S2 , ... Material mit einer Vielzahl Licht absorbierender elektrischer Absorptionsdipole umfasst, welche mindestens in einem ersten Zustand parallel zu einer wählbaren Vorzugsrichtung ausgerichtet sind oder um diese herum fluktuieren, wobei die besagte Vorzugsrichtung einen Winkel zwischen 0° und 45° zur Flächennormale der SchichtS1 einschließt, - - so dass Licht, welches in das optische Element einfällt, in Abhängigkeit von seiner Einfallsrichtung gegenüber den Schichten
S1 ,S2 , ... und seinen Polarisationseigenschaften transmittiert oder teilweise oder ganz absorbiert wird.
- - At least one, preferably more than five, layers
S1 ,S2 , ..., (a layerS1 ,S2 , ... can correspond, for example, to a molecular layer in the context of the invention; but it can also be a mechanically separate layer of a suitable material), - - taking each layer
S1 ,S2 , ... comprises material with a plurality of light-absorbing electrical absorption dipoles, which are aligned parallel to a selectable preferred direction or fluctuate around this at least in a first state, said preferred direction being an angle between 0 ° and 45 ° to the surface normal of the layerS1 includes - - so that light which falls into the optical element, depending on its direction of incidence with respect to the layers
S1 ,S2 , ... and its polarization properties is transmitted or partially or completely absorbed.
Die Extinktion (also die Absorption) des Lichtes ist von der absoluten Zahl der Absorptionsdipole (und somit inhärent auch von der Schichtdicke der Absorptionsdipole) und der Ausrichtung zwischen Absorptionsdipol und elektrischem Feld des einfallenden Lichtes zueinander abhängig. Je nach Implementierung kann die Dichte der besagten elektrischen Absorptionsdipole, deren Stärke oder die Brechzahl in den Schichten
Für die Modellierung der Transmission wird angenommen, dass die absorbierenden Absorptionsdipole parallel zur Einfallsebene orientiert sind. Der Filter absorbiert lediglich die Polarisation, die in der Einfallsebene des Lichts polarisiert -p-polarisiertes Licht- ist. Licht, welches senkrecht zur Einfallsebene polarisiert -s-polarisiertes Licht- ist, wird komplett transmittiert. Diese Eigenschaft ist essentiell bei allen Ausgestaltungen der Erfindung und stellt einen wesentlichen erfinderischen Mittel-Wirkungs-Zusammenhang dar. Im Folgenden wird die Transmission von p-polarisiertem Licht mit einer eingestrahlten Intensität l0(α) modelliert. Die Transmission von Licht durch eine absorbierende Schicht wird durch das Lambert-Beer'sches Gesetz beschrieben:
Hierin ist α der Propagationsrichtung relativ zur Flächennormale, d(α) die optische Weglänge in Abhängigkeit der Ausbreitungsrichtung, N die Anzahl von absorbierenden Molekülen und σabs(α) der Absorptionsquerschnitt in Abhängigkeit des Einfallswinkels. Mit Hilfe des Snellschen Brechungsgesetzes kann aus dem Einfallswinkel β der Propagationswinkel im Medium α berechnet werden. Daraus ergibt sich dann aus der Gleichung des Dipols und der Änderung des optischen Weges:
Je nach Anwendungsfall ist jede der Schichten (
Ferner kann ein solches optisches Element durch Lamination einer Vielzahl von Polymerfolienpolarisatoren und/oder durch Fotoausrichtung von Molekülen oder Partikeln, die dann jeweils eine oder mehrere Schichten
Die im Stand der Technik beschriebenen Mikrolamellenfilter (auch „View Control Filter - VCF“ oder „Light Control Filter - LCF“ genannt) machen sich die geometrische Optik zu nutze. Durch die abwechselnde periodische Anordnung von transparenten und absorbieren Schichten wird hier (nahezu) alles einfallende Licht absorbiert, dass sich unter großen Winkeln relativ zu einer definierten Richtung ausbreitet. Es wird dort die Position der Absorber kontrolliert.The micro-lamellar filters described in the prior art (also called "View Control Filter - VCF" or "Light Control Filter - LCF") make use of the geometric optics. Due to the alternating periodic arrangement of transparent and absorbent layers, (almost) all incident light is absorbed here, which propagates at large angles relative to a defined direction. The position of the absorbers is checked there.
Demgegenüber ändert sich bei den vorbeschriebenen optischen Elementen die Transmission von Licht mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen, da sich hierbei der Absorptionsquerschnitt der Moleküle mit der Ausbreitungsrichtung ändert. Es wird somit bei der Erfindung nicht die Position, sondern vielmehr die Orientierung (Ausrichtung) der Absorber kontrolliert.In contrast, in the optical elements described above, the transmission of light changes with different directions of propagation, since the absorption cross-section of the molecules changes with the direction of propagation. In the case of the invention, it is not the position but rather the orientation (alignment) of the absorber that is checked.
Mit anderen Worten: Die Verfahrensweise basiert auf einer richtungsabhängigen Absorption der Lichtstrahlen bei der Passage durch ein optisches Element, und zwar unabhängig von der Position der Lichtstrahlen.In other words: the procedure is based on a direction-dependent absorption of the light rays as they pass through an optical element, regardless of the position of the light rays.
Dies gilt sowohl für nicht schaltbare optische Elemente wie vorstehend beschrieben, als auch für im Folgenden beschriebene, schaltbare Ausgestaltungen.This applies both to non-switchable optical elements as described above and to switchable configurations described below.
Für eine Schaltbarkeit der optischen Wirkung eines solchen optischen Elements, also für ein schaltbares optisches Element, können die Licht absorbierenden elektrischen Absorptionsdipole in jeder Schicht (
Mögliche Ausgestaltungen eines schaltbaren optischen Elements bzw. jeder Schicht
Bei derartigen aktiven, also schaltbaren optischen Elementen sind Volumendichten der Absorptionsdipole zwischen 0.1 % and 90% basierend auf Flüssigkristallen denkbar.In the case of such active, that is to say switchable optical elements, volume densities of the absorption dipoles between 0.1% and 90% based on liquid crystals are conceivable.
Alternativ sind Ausgestaltungen eines schaltbaren optischen Elements bzw. jeder Schicht
Generell kann sich vorteilhaft in Betrachtungsrichtung vor oder hinter dem optischen Element ein Polarisationsfilter befinden.In general, a polarization filter can advantageously be located in front of or behind the optical element in the viewing direction.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch einen schaltbaren Lichtfilter. Dieser umfasst in einer ersten Ausgestaltung:
- - zwei nicht-schaltbare vorstehend beschriebene optische Elemente, bei denen sich die Vorzugsrichtungen der Absorptionsdipole um weniger als 10° voneinander unterscheiden,
- - eine zwischen den optischen Elementen angeordnete schaltbare Flüssigkristallschicht, die in Abhängigkeit von einem auf sie wirkenden elektrischen Feld EF1 oder EF2 die Polarisationseigenschaften durch sie hindurchdringenden Lichtes beeinflusst,
- - optional einen oberhalb oder unterhalb der optischen Elemente angeordneten Polarisationsfilter P,
- - Mittel zum wahlweisen Erzeugen der besagten elektrischen Felder EF1 und EF2, beispielsweise durch transparente ITO-Elektroden
E1 undE2 , - - so dass bei Vorhandensein des besagten Polarisationsfilters P in einer ersten Betriebsart B1H oder B1V bei einem elektrischen Feld EF1 unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilters in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei diese Absorption ausschließlich in horizontaler (Betriebsart B1H) oder in vertikaler (Betriebsart B1V) Richtung gilt und parallel zur Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters P liegt, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der Schicht
S1 orientiert ist, - - so dass bei Abwesenheit eines Polarisationsfilters P in einer zweiten Betriebsart
B3 bei einem elektrischen Feld EF1 unpolarisiertes Licht, welches in einem beliebigen Winkel in den schaltbaren Lichtfilter einfällt, zu mindestens 24% transmittiert wird, - - und so dass schließlich in einer weiteren Betriebsart
B2 bei einem elektrischen Feld EF2 unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilters in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei dies gleichzeitig sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung gilt, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der SchichtS1 orientiert ist.
- - two non-switchable optical elements described above in which the preferred directions of the absorption dipoles differ from one another by less than 10 °,
- - a switchable liquid crystal layer arranged between the optical elements, which influences the polarization properties of light penetrating through it as a function of an electric field EF1 or EF2 acting on it,
- - optionally a polarization filter P arranged above or below the optical elements,
- - Means for optionally generating said electric fields EF1 and EF2, for example by means of transparent ITO electrodes
E1 andE2 , - - so that when said polarization filter P is present in a first operating mode B1H or B1V with an electric field EF1, unpolarized light which is incident perpendicular to the switchable light filter, transmits at least 24% and so that unpolarized light which is at an angle of about 30 degrees to the center perpendicular of the switchable light filter falls into it, is absorbed to at least 85%, whereby this absorption applies exclusively in the horizontal (operating mode B1H) or in the vertical (operating mode B1V) direction and is parallel to the polarization direction of the polarization filter P if the horizontal is parallel to the bottom edge and the vertical parallel to the left or right side edge of the layer
S1 is oriented - - So that in the absence of a polarization filter P in a second operating mode
B3 in the case of an electric field EF1, unpolarized light which falls into the switchable light filter at any angle is transmitted to at least 24%, - - and so that finally in a further operating mode
B2 In the case of an electric field EF2, unpolarized light that falls perpendicular to the switchable light filter is transmitted by at least 24% and so that unpolarized light that falls into the switchable light filter at an angle of more than 30 degrees to the central perpendicular of the switchable light filter is absorbed by at least 85% this applies simultaneously in both the horizontal and vertical directions if the horizontal is parallel to the lower edge and the vertical is parallel to the left or right side edge of the layerS1 is oriented.
Somit erlaubt der erfindungsgemäße schaltbare Lichtfilter der ersten Ausgestaltung im Zusammenspiel mit einer Bildwiedergabeeinheit die Umschaltung entweder zwischen einem zweiseitigen und einem vierseitigen Sichtschutz (z.B. Oben/unten B1V vs. Oben/unten/links/rechts geschützt B2), wenn ein Polarisationsfilter P vorhanden ist, oder, wenn kein Polarisationsfilter P vorhanden ist, die Umschaltung entweder zwischen einer in alle Richtungen freien Betrachtung und einem vierseitigen Sichtschutz (z.B. freie Sicht
Dabei ist es möglich, dass zum Beispiel entweder das elektrische Feld EF1 oder das elektrische Feld EF2 einen feldfreien Zustand beschreibt, wobei das jeweils andere elektrische Feld EF2 bzw. EF1 eine absolute Feldstärke größer null, z.B. 0,5 MV/m, aufweisen. Dabei kann der feldfreie Zustand je nach Ausgestaltung der beiden optischen Elemente bedeuten, dass die Betriebsart
Eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen schaltbaren Lichtfilters umfasst
- - zwei schaltbare optische Elemente, wie oben beschrieben, wobei für jedes der optischen Elemente die beiden besagten Zustände durch an beide optische Elemente anliegende elektrische Felder EF1 oder EF2 erzeugt werden (d.h., EF1 und EF2 liegen gleichzeitig an beiden optischen Elementen an),
- - optional einen oberhalb oder unterhalb der optischen Elemente angeordneten Polarisationsfilter P (Dieser ist nicht notwendig, kann aber die Leistungsfähigkeit dieses schaltbaren Lichtfilters verbessern. Die Polarisation des Polarisationsfilters P und die des einfallenden Lichtes müssen kongruent sein.),
- - eine zwischen den optischen Elementen angeordnete Schicht zur Rotation der Polarisationsrichtung des die besagte Schicht durchdringenden Lichts um 90 Grad, z.B. bestehend aus uniaxial-gedrehtem (analog zu einer TN-Zelle im feldfreien Zustand) und/oder aus optisch aktivem Material,
- - Mittel zum Erzeugen besagter elektrischer Felder EF1 oder EF2 (typischerweise stellt eines der Felder EF1 oder EF2 einen feldfreien Zustand dar),
- - so dass in einer Betriebsart
B3 bei Anliegen des elektrischen Feldes EF1 unpolarisiertes Licht, welches in einem beliebigen Winkel zum schaltbaren Lichtfilter in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert wird, wobei in dieser BetriebsartB3 die Absorptionsdipole der beiden optischen Elemente senkrecht zueinander ausgerichtet sind, und die Absorptionsdipole des Polarisators P, wenn vorhanden, parallel zu dem ihm nächstliegenden schaltbaren optischen Element zueinander ausgerichtet sind, - - und so dass in einer zweiten Betriebsart
B2 bei Anliegen des elektrischen Feldes EF2 unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilters in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei dies gleichzeitig sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung gilt, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der SchichtS1 orientiert ist, wobei in dieser BetriebsartB2 die Absorptionsdipole von Polarisator P, wenn vorhanden, und zu dem ihm nächstliegenden schaltbaren optischen Element senkrecht und von den beiden optischen Elementen jeweils parallel zueinander ausgerichtet sind.
- - two switchable optical elements, as described above, whereby for each of the optical elements the two said states are generated by electrical fields EF1 or EF2 applied to both optical elements (ie, EF1 and EF2 are applied simultaneously to both optical elements),
- - optionally a polarization filter P arranged above or below the optical elements (this is not necessary, but can improve the performance of this switchable light filter. The polarization of the polarization filter P and that of the incident light must be congruent.),
- - a layer arranged between the optical elements for rotating the polarization direction of the light penetrating said layer by 90 degrees, e.g. consisting of uniaxially rotated (analogous to a TN cell in the field-free state) and / or of optically active material,
- - Means for generating said electric fields EF1 or EF2 (typically one of the fields EF1 or EF2 represents a field-free state),
- - so that in one mode of operation
B3 when the electric field EF1 is applied, at least 24% of unpolarized light which falls into this at any angle to the switchable light filter is transmitted, in this operating modeB3 the absorption dipoles of the two optical elements are aligned perpendicular to each other, and the absorption dipoles of the polarizer P, if present, are aligned parallel to the switchable optical element closest to it, - - and so that in a second operating mode
B2 when the electric field EF2 is applied, unpolarized light which falls into the switchable light filter perpendicularly to it is transmitted to at least 24% and so that unpolarized light which falls into the switchable light filter at an angle of more than 30 degrees to the central perpendicular of the switchable light filter is at least 85% is absorbed, this applies simultaneously both in the horizontal and in the vertical direction when the horizontal is parallel to the lower edge and the vertical is parallel to the left or right side edge of the layerS1 is oriented, in this mode of operationB2 the absorption dipoles of polarizer P, if present, and are perpendicular to the switchable optical element closest to it and each of the two optical elements is aligned parallel to one another.
Somit erlaubt der erfindungsgemäße schaltbare Lichtfilter dieser zweiten Ausgestaltung im Zusammenspiel mit einer Bildwiedergabeeinheit die Umschaltung zwischen einer in alle Richtungen freien Betrachtung und einem vierseitigen Sichtschutz (freie Sicht
Eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen schaltbaren Lichtfilters umfasst
- - ein nicht schaltbares optisches Element, wie oben beschrieben,
- - einen Polarisationsfilter P, der dem optischen Element vor oder nachgeordnet ist,
- - eine zwischen dem optischen Element und dem Polarisationsfilter P angeordnete Flüssigkristallschicht, die in Abhängigkeit von einem auf sie wirkenden elektrischen Feld EF1 oder EF2 die Polarisationseigenschaften des durch sie hindurchdringenden Lichtes beeinflusst,
- - Mittel zum wahlweisen Erzeugen der besagten elektrischen Felder EF1 und EF2,
- - so dass in einer Betriebsart B1V oder B1H bei Anliegen des elektrischen Feldes EF1 unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilters in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei diese Absorption ausschließlich in horizontaler (Betriebsart B1H) oder ausschließlich in vertikaler Richtung (Betriebsart B1V) gilt, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der Schicht
S1 orientiert ist, - - und so dass in einer zweiten Betriebsart B1H oder B1V bei Anliegen des elektrischen Feldes EF2 unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilters in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei dies entweder ausschließlich in vertikaler (Betriebsart B1V) oder ausschließlich in horizontaler Richtung (Betriebsart B1H) gilt, so dass die Absorptionsrichtung zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart
B1 jeweils um 90 Grad gedreht ist, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der SchichtS1 orientiert ist.
- - a non-switchable optical element, as described above,
- - a polarization filter P, which is arranged upstream or downstream of the optical element,
- - A liquid crystal layer arranged between the optical element and the polarization filter P, which influences the polarization properties of the light penetrating through it as a function of an electric field EF1 or EF2 acting on it,
- - means for optionally generating said electric fields EF1 and EF2,
- - so that in an operating mode B1V or B1H when the electric field EF1 is applied, at least 24% of unpolarized light that falls perpendicular to the switchable light filter is transmitted and so that unpolarized light that is at an angle of over 30 degrees to the central perpendicular of the switchable Light filter falls into this, is absorbed to at least 85%, whereby this absorption applies exclusively in the horizontal (operating mode B1H) or exclusively in the vertical direction (operating mode B1V) if the horizontal is parallel to the lower edge and the vertical is parallel to the left or right side edge of the layer
S1 is oriented - - and so that in a second operating mode B1H or B1V, when the electric field EF2 is applied, at least 24% of unpolarized light which falls perpendicular to the switchable light filter is transmitted and so that unpolarized light which is at an angle of more than 30 degrees to the perpendicular of the switchable light filter is absorbed by at least 85%, whereby this applies either exclusively in the vertical direction (operating mode B1V) or exclusively in the horizontal direction (operating mode B1H), so that the direction of absorption is between the first and the second operating mode
B1 is rotated by 90 degrees if the horizontal is parallel to the lower edge and the vertical is parallel to the left or right side edge of the layerS1 is oriented.
Die Konfiguration dieser dritten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen schaltbaren Lichtfilters kann durch Rotation des Polarisationsfilters P um 90 Grad zwischen den Betriebsarten B1V und B1H wechseln.The configuration of this third embodiment of a switchable light filter according to the invention can switch between the operating modes B1V and B1H by rotating the polarization filter P by 90 degrees.
Auch hier ist es möglich, dass zum Beispiel entweder das elektrische Feld EF1 oder das elektrische Feld EF2 einen feldfreien Zustand beschreibt, wobei das jeweils andere elektrische Feld EF2 bzw. EF1 eine absolute Feldstärke größer null, z.B. 0,5 MV/m, aufweisen.
Dabei kann der feldfreie Zustand je nach Ausgestaltung des optischen Elements und des Polarisationsfilters P bedeuten, dass die Betriebsart B1H vorliegt. Es ist aber auch möglich, dass im feldfreien Zustand die Betriebsart B1V vorliegt.
Somit erlaubt der schaltbare Lichtfilter dieser dritten Ausgestaltung im Zusammenspiel mit einer Bildwiedergabeeinheit die Umschaltung zwischen einem Sichtschutz in der vertikalen und einem Sichtschutz in der horizontalen Richtung (oben/unten geschützt B1V vs. links/rechts geschützt B1H). Etwa in einem Laptop würde dies bedeuten, dass ein Nutzer die Inhalte in der Betriebsart B1V mit weiteren Personen, die neben dem Nutzer befindlich und im Wesentlichen mit gleicher Augenhöhe angeordnet sind, gemeinsam anschauen kann, während in der Betriebsart B1H die seitlich benachbarten Personen den Bildinhalt nicht sehen können.Here, too, it is possible that, for example, either the electric field EF1 or the electric field EF2 describes a field-free state, the respective other electric field EF2 or EF1 having an absolute field strength greater than zero, for example 0.5 MV / m.
The field-free state can mean, depending on the configuration of the optical element and the polarization filter P, that the operating mode B1H is present. However, it is also possible that the operating mode B1V is present in the field-free state.
Thus, the switchable light filter of this third embodiment, in conjunction with an image display unit, allows switching between a privacy screen in the vertical direction and a privacy screen in the horizontal direction (up / down protected B1V vs. left / right protected B1H). In a laptop, for example, this would mean that a user can view the content in operating mode B1V together with other people who are next to the user and are essentially arranged at the same eye level, while in operating mode B1H the people who are next to each other can view the image content can't see.
Der erfindungsgemäße schaltbare Lichtfilter dieser dritten Ausgestaltung kann in seinem Aufbau variiert werden.
In der folgenden Tabelle 1 sind einige wesentliche Aufbauvarianten gegeben. Dabei ist jeweils die erstgenannte Komponente in Betrachtungsrichtung oben liegend und die anderen folgen darunter. Die Abkürzung „L/R“ bedeutet in diesem Falle, dass die optische Wirkung in horizontaler Wirkung (mit der weiter oben bereits definierten horizontalen Richtung) aktiv ist. Für den Polarisationsfilter P bedeutet dies, dass er horizontal (linear) polarisiertes Licht transmittiert und vertikales Licht (im Wesentlichen) absorbiert. Entsprechend bedeutet „O/U“ für den Polarisationsfilter P, dass er vertikal (linear) polarisiertes Licht transmittiert und horizontal Licht (im Wesentlichen) absorbiert
Für den resultierenden Effekt dieses schaltbaren Filters im Zusammenspiel mit einer Bildwiedergabeeinheit, die vor oder hinter dem schaltbaren Filter angeordnet sein kann, bedeutet die Abkürzung „L/R“ hingegen, dass der Sichtschutzeffekt horizontal wirkt, dass also ein Einblick von links und rechts gehindert wird. Dies entspricht schließlich der Betriebsart B1H des schaltbaren Filters.The switchable light filter according to the invention of this third embodiment can be varied in its construction.
In the following table 1 some essential construction variants are given. In each case, the first-mentioned component is on top in the viewing direction and the others follow below. In this case, the abbreviation “L / R” means that the optical effect is active in the horizontal effect (with the horizontal direction already defined above). For the polarization filter P this means that it transmits horizontally (linearly) polarized light and (essentially) absorbs vertical light. Correspondingly, “O / U” for the polarization filter P means that it transmits vertically (linearly) polarized light and horizontally (essentially) absorbs light
For the resulting effect of this switchable filter in conjunction with an image display unit, which can be arranged in front of or behind the switchable filter, the abbreviation "L / R" means that the screen effect works horizontally, so that a view from the left and right is prevented . Ultimately, this corresponds to operating mode B1H of the switchable filter.
Analog bedeutet „O/U“ für den schaltbaren Filter im Zusammenspiel mit einer Bildwiedergabeeinheit, dass der Sichtschutzeffekt vertikal wirkt, dass also ein Einblick von oben und unten gehindert wird. Dies entspricht der Betriebsart B1V des schaltbaren Filters.
Tabelle 1:
Es sei hier nochmals darauf hingewiesen, dass der Sichtschutzeffekt „O/U“ in vielen praktischen Fällen eine normale Betrachtung für mehrere Betrachter erlaubt, wenn diese in etwa aus gleicher Höhe seitlich auf die Bildwiedergabeeinheit schauen.It should be pointed out again here that the "O / U" screen effect allows normal viewing for several viewers in many practical cases if they look sideways at the image display unit from approximately the same height.
Weiters umfasst eine vierte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen schaltbaren Lichtfilters
- - ein schaltbares optisches Element, wie oben beschrieben,
- - einen oberhalb oder unterhalb des optischen Elementes angeordneten Polarisationsfilter P,
- - Mittel zum Erzeugen elektrischer Felder EF1 oder EF2, wobei für das optische Element mindestens zwei Zustände durch das jeweils anliegende elektrische Feld EF1 oder EF2 erzeugt werden,
- - so dass in einer Betriebsart
B3 , bei welcher die Absorptionsdipole der Schichten (S1 ,S2 , ..) des schaltbaren optischen Elements parallel zur Substratoberfläche des schaltbaren optischen Elements und senkrecht zur Transmissionsrichtung des Polarisators ausgerichtet sind, unpolarisiertes Licht, welches in einem beliebigen Winkel zum optischen Element in dieses einfällt, zu mindestens 25% transmittiert wird, - - und so dass in einer Betriebsart B1H oder B1V, bei welcher die Absorptionsdipole der Schichten (
S1 ,S2 , ..) des schaltbaren optischen Elements entlang der besagten Vorzugsrichtung ausgerichtet sind, unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilters in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei dies entweder in vertikaler (Betriebsart B1V) oder horizontaler in Richtung (Betriebsart B1H) gilt, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der SchichtS1 orientiert ist.
- - a switchable optical element, as described above,
- - a polarization filter P arranged above or below the optical element,
- - Means for generating electrical fields EF1 or EF2, with at least two states being generated for the optical element by the respectively applied electrical field EF1 or EF2,
- - so that in one mode of operation
B3 , at which the absorption dipoles of the layers (S1 ,S2 , ..) of the switchable optical element are aligned parallel to the substrate surface of the switchable optical element and perpendicular to the direction of transmission of the polarizer, unpolarized light which is incident at any angle to the optical element is transmitted to at least 25%, - - and so that in an operating mode B1H or B1V, in which the absorption dipoles of the layers (
S1 ,S2 , ..) of the switchable optical element are aligned along the said preferred direction, unpolarized light, which is incident perpendicular to the switchable light filter, at least 24% transmitted and so that unpolarized light, which is at an angle of over 30 degrees to the central perpendicular of the switchable Light filter that falls into it is absorbed to at least 85%, whereby this applies either in the vertical (operating mode B1V) or horizontal in the direction (operating mode B1H), if the horizontal is parallel to the lower edge and the vertical is parallel to the left or right side edge of the layerS1 is oriented.
Auch hierbei ist es wiederum möglich, dass zum Beispiel entweder das elektrische Feld EF1 oder das elektrische Feld EF2 einen feldfreien Zustand beschreibt, wobei das jeweils andere elektrische Feld EF2 bzw. EF1 eine absolute Feldstärke größer Null, z.B. 0,5 V/m, aufweisen.
Dabei kann der feldfreie Zustand je nach Ausgestaltung des optischen Elements und des Polarisationsfilters P bedeuten, dass die Betriebsart
Somit erlaubt der erfindungsgemäße schaltbare Lichtfilter dieser vierten Ausgestaltung im Zusammenspiel mit einer Bildwiedergabeeinheit die Umschaltung zwischen einem Sichtschutz in der vertikalen bzw. der horizontalen Richtung und keinem Sichtschutzeffekt (oben/unten geschützt B1V bzw. links/rechts geschützt B1H vs. kein Sichtschutz
Für besondere Anwendungsfälle kann ein erfindungsgemäßer schaltbarer Lichtfilter -unabhängig welcher vorgenannten Ausgestaltung- in mehrere, separat schaltbare Segmente unterteilt sein, so dass eine lokale Umschaltbarkeit zwischen den jeweils möglichen Betriebszuständen ermöglicht wird. Im Zusammenspiel mit einer Bildwiedergabeeinheit würde dies heißen, dass beispielsweise nur ein Teil der Bildfläche zwischen einem Sichtschutz (z.B. Betriebsart B1H oder B2) und keinem Sichtschutzeffekt (z.B. Betriebsart
Es können sogar mehrere, voneinander geometrisch getrennte, solche Segmente vorhanden sein, die separat oder gemeinsam zwischen den Betriebsarten umgeschaltet werden können.Here, too, it is again possible, for example, for either the electric field EF1 or the electric field EF2 to describe a field-free state, the respective other electric field EF2 or EF1 having an absolute field strength greater than zero, for example 0.5 V / m .
The field-free state can mean, depending on the configuration of the optical element and the polarization filter P, that the operating mode
Thus, the switchable light filter according to the invention of this fourth embodiment, in conjunction with an image display unit, allows switching between a screen in the vertical or the horizontal direction and no screen effect (upper / lower protected B1V or left / right protected B1H vs. no screen
For special applications, a switchable light filter according to the invention can be subdivided into several, separately switchable segments, regardless of the aforementioned configuration, so that local switchability between the respectively possible operating states is made possible. In interaction with an image display unit, this would mean that, for example, only part of the image area is between a privacy screen (e.g. operating mode B1H or B2) and no privacy effect (e.g. operating mode
There can even be several segments of this type that are geometrically separated from one another and can be switched between the operating modes separately or together.
Wie vorstehend schon angemerkt, erlangt die Erfindung besondere Bedeutung durch Kombination eines vorbeschriebenen erfindungsgemäßen schaltbaren Lichtfilters mit einer Bildwiedergabeeinheit zu einem Bildschirm.
Ein solcher Bildschirm, der in mindestens einem ersten Betriebszustand B1V und/oder B3 für einen in der horizontalen Richtung freien Sichtmodus und in mindestens einem zweiten Betriebszustand B1H und/oder B2 für einen in der horizontalen Richtung eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfasst
- - einen wie vorstehend beschriebenen schaltbaren Lichtfilter einer der vier genannten Ausgestaltungen, und
- - eine dem schaltbaren Lichtfilter von einem Betrachter aus gesehen nach- oder vorgeordnete Bildwiedergabeeinheit.
Such a screen which can be operated in at least one first operating state B1V and / or B3 for a viewing mode that is free in the horizontal direction and in at least one second operating state B1H and / or B2 for a viewing mode restricted in the horizontal direction
- - A switchable light filter of one of the four mentioned configurations, as described above, and
- - An image display unit arranged downstream or upstream of the switchable light filter as seen by a viewer.
Vorteilhaft entspricht die Bildwiedergabeeinheit einem LCD-Panel, dessen einer Polarisationsfilter dem Polarisationsfilter P entspricht. Dabei kann es sich um den vorder- oder rückseitigen Polarisator im LCD-Aufbau handeln. Außerdem kann vorteilhaft der schaltbare Lichtfilter zwischen dem LCD-Panel und dessen Hintergrundbeleuchtung angeordnet sein, um zwischen einem ersten Betriebszustand
Bei der Bildwiedergabeeinheit kann es sich alternativ um ein OLED, ein SED-Display, ein FED-Display, in microLED-Display oder ein VFD Display handeln, vor welchem ein schaltbarer Lichtfilter angeordnet ist. Da der schaltbare Lichtfilter unabhängig von der Art der Bildwiedergabeeinheit wirksam ist, kommen jedwede andere Bildschirmtypen ebenso in Frage.The image display unit can alternatively be an OLED, an SED display, an FED display, a microLED display or a VFD display, in front of which a switchable light filter is arranged. Since the switchable light filter is effective regardless of the type of image display unit, any other types of screen are also possible.
Ein solcher Bildschirm findet vorteilhaft Verwendung in einem mobilen Gerät, einem Kraft-, Luft- oder Wasserfahrzeug, in einem Zahlterminal oder in einem Zugangssystem. Dabei kann zwischen den genannten Betriebsarten umgeschaltet werden, um sensitive Daten zu schützen, d.h. für nur einen Betrachter wahrnehmbar darzustellen, oder alternativ Bildinhalte gleichzeitig für mehrere Betrachter darzustellen.Such a screen is advantageously used in a mobile device, a motor vehicle, aircraft or watercraft, in a payment terminal or in an access system. It is possible to switch between the mentioned operating modes in order to protect sensitive data, ie to display it in a way that is perceptible for only one viewer, or alternatively to display image content simultaneously for several viewers.
Ferner kann ein schaltbares oder nicht schaltbares optisches Element in den weiter vorn beschriebenen Ausgestaltungen zusammen mit einem statischen Bild oder auch einer dynamischen Bildwiedergabeeinheit wie etwa einem LCD-Panel verwendet werden, beispielsweise um Werbeinhalte nur in einem eingeschränkten Sichtbereich sichtbar zu machen.Furthermore, a switchable or non-switchable optical element in the configurations described above can be used together with a static image or also a dynamic image display unit such as an LCD panel, for example to make advertising content visible only in a restricted field of vision.
Die Anwendungsvielfalt des optischen Elements endet jedoch nicht bei Anwendungen zur Darstellung von Bildinhalten mit oder ohne Sichtschutzeffekte. Vielmehr sind weitere Anwendungen möglich, etwa, wenn spezielle Eigenschaften einer Beleuchtungseinrichtung gewünscht sind. Denkbar sind Ausgestaltungen des optischen Elements, bei denen definierte Polarisationskontraste erzeugt werden. Diese wiederum können im Rahmen der optischen Sensorik eingesetzt werden.However, the variety of uses of the optical element does not end with applications for displaying image content with or without visual protection effects. Rather, other applications are possible, for example when special properties of a lighting device are desired. Configurations of the optical element in which defined polarization contrasts are generated are conceivable. These in turn can be used in the context of optical sensors.
Grundsätzlich bleibt die Leistungsfähigkeit der Erfindung erhalten, wenn die vorbeschriebenen Parameter in bestimmten Grenzen variiert werden.In principle, the performance of the invention is retained if the parameters described above are varied within certain limits.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It 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
-
1a die Prinzipskizze eines nicht schaltbaren optischen Elements, -
1b die Prinzipskizze eines schaltbaren optischen Elements in einem ersten Zustand, -
1c die Prinzipskizze eines schaltbaren optischen Elements in einem zweiten Zustand, -
2 die Prinzipskizze eines schaltbaren Lichtfilters in einer ersten Ausgestaltung mit einem Polarisationsfilter P, -
3 die Prinzipskizze eines schaltbaren Lichtfilters in einer ersten Ausgestaltung ohne Polarisationsfilter, -
4a bis4c Skizzen zur Beeinflussung des Lichtes aufgrund eines schaltbaren Lichtfilters gemäß der3 , -
5 die Prinzipskizze eines schaltbaren Lichtfilters in einer zweiten Ausgestaltung, -
6 die Prinzipskizze eines schaltbaren Lichtfilters in einer dritten Ausgestaltung, -
7 die Prinzipskizze eines schaltbaren Lichtfilters in einer vierten Ausgestaltung, sowie -
8-12 optische Simulationen zur Veranschaulichung der optischen Wirkung eines optischen Elements.
-
1a the basic sketch of a non-switchable optical element, -
1b the schematic diagram of a switchable optical element in a first state, -
1c the schematic diagram of a switchable optical element in a second state, -
2 the schematic diagram of a switchable light filter in a first embodiment with a polarization filter P, -
3 the schematic diagram of a switchable light filter in a first embodiment without a polarization filter, -
4a until4c Sketches for influencing the light due to a switchable light filter according to3 , -
5 the schematic diagram of a switchable light filter in a second embodiment, -
6th the schematic diagram of a switchable light filter in a third embodiment, -
7th the schematic diagram of a switchable light filter in a fourth embodiment, as well as -
8-12 optical simulations to illustrate the optical effect of an optical element.
Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen wieder.The drawings are not true to scale and only represent basic representations.
Die
- - mindestens eine Schicht
S1 , - - wobei diese Schicht
S1 Material mit einer Vielzahl Licht absorbierender elektrischer Absorptionsdipole (die hier vereinfacht als kleine vertikale Striche dargestellt sind) umfasst, welche mindestens in einem ersten Zustand parallel zu einer wählbaren Vorzugsrichtung ausgerichtet sind (hier senkrecht zur Oberfläche der SchichtS1 ) oder um diese herum fluktuieren, wodurch die besagte Vorzugsrichtung einen Winkel zwischen 0° und 45° zur Flächennormale der SchichtS1 einschließt, - - so dass Licht, welches in
das optische Element 1 einfällt, in Abhängigkeit von seiner Einfallsrichtung gegenüber der SchichtS1 und seinen Polarisationseigenschaften transmittiert oder teilweise oder ganz absorbiert wird.
- - at least one shift
S1 , - - taking this layer
S1 Material with a plurality of light-absorbing electrical absorption dipoles (which are shown here in simplified form as small vertical lines), which are aligned at least in a first state parallel to a selectable preferred direction (here perpendicular to the surface of the layerS1 ) or fluctuate around it, whereby said preferred direction forms an angle between 0 ° and 45 ° to the surface normal of the layerS1 includes - - so that light entering the
optical element 1 incident, depending on its direction of incidence with respect to the layerS1 and its polarization properties is transmitted or partially or wholly absorbed.
Ein optisches Element
Aufgrund der Wirkung der Absorptionsdipole wird nun das Licht durch das optische Element
Die Extinktion (also die Absorption) des Lichtes ist von den Schichtdicken der Absorptionsdipole abhängig. Dazu zeigen die Zeichnungen
Die
In
Weiterhin zeigt die
the
In
Furthermore, the
Schließlich zeigt
Die demgegenüber im Stand der Technik bekannten Mikrolamellenfilter (auch „View Control Filter - VCF“ oder „Light Control Filter - LCF“ genannt) machen sich die geometrische Optik zu nutze. Durch die abwechselnde periodische Anordnung von transparenten und absorbieren Schichten wird (nahezu) alles Licht absorbiert, dass sich unter großen Winkeln relativ zu einer definierten Richtung ausbreitet. Es wird dort die Position der Absorber kontrolliert. Demgegenüber ändert sich bei den hier beschriebenen optischen Elementen die Transmission von Licht mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen, da sich hierbei der Absorptionsquerschnitt der Moleküle mit der Ausbreitungsrichtung ändert. Es wird somit nicht die Position, sondern vielmehr insbesondere die Orientierung der Absorber kontrolliert.In contrast, the micro-lamellar filters known in the prior art (also called "View Control Filter - VCF" or "Light Control Filter - LCF") make use of the geometric optics. Due to the alternating periodic arrangement of transparent and absorbing layers, (almost) all light is absorbed that spreads at large angles relative to a defined direction. The position of the absorbers is checked there. In contrast, in the case of the optical elements described here, the transmission of light changes with different directions of propagation, since the absorption cross-section of the molecules changes with the direction of propagation. It is not the position, but rather the orientation of the absorber in particular that is checked.
Mit anderen Worten: Die Wirkungsweise basiert auf einer richtungsabhängigen Absorption der Lichtstrahlen bei der Passage durch ein optisches Element, und zwar grundsätzlich unabhängig von der Position der Lichtstrahlen. Dies gilt sowohl für nicht schaltbare optische Elemente wie vorstehend beschrieben, als auch für im Folgenden beschriebene, schaltbare Ausgestaltungen.In other words: the mode of operation is based on a direction-dependent absorption of the light rays as they pass through an optical element, and in principle independently of the position of the light rays. This applies both to non-switchable optical elements as described above and to switchable configurations described below.
Für eine Schaltbarkeit der optischen Wirkung des optischen Elements
Dazu zeigt
Für diesen beispielhaften Fall soll angenommen werden, dass das einfallende Licht p-polarisiert, also parallel zur Einfallsebene polarisiert (siehe
Werden, wie in
Grundsätzlich ist eine Kontrolle der Ausrichtung der Farbstoffmoleküle von Vorteil, um dadurch die Achse des Sichtschutzes zu kontrollieren bzw. um eine definierte Strahllenkung durchzuführen.In principle, it is advantageous to check the alignment of the dye molecules in order to control the axis of the privacy screen or to carry out a defined beam deflection.
Im Zustand gemäß
Bei derartigen schaltbaren optischen Elementen sind Volumendichten zwischen 0.1 % and 90% basierend auf Flüssigkristallen denkbar.With such switchable optical elements, volume densities between 0.1% and 90% based on liquid crystals are conceivable.
Die Erfindung wird als schaltbarer Lichtfilter
- - zwei nicht-schaltbare optische Elemente
1 ,2 , wie vorstehend beschrieben, bei denen die Vorzugsrichtungen der Absorptionsdipole sich um weniger als 10° voneinander unterscheiden, - - eine zwischen
den optischen Elementen 1 ,2 angeordnete schaltbare Flüssigkristallschicht3 , die in Abhängigkeit von einem auf sie wirkenden elektrischen Feld EF1 oder EF2 die Polarisationseigenschaften des durch sie hindurchdringenden Lichtes beeinflusst, - - einen unterhalb der optischen Elemente
1 ,2 angeordneten Polarisationsfilter P (oberhalb wäre auch möglich), - - zeichnerisch nicht dargestellte Mittel zum wahlweisen Erzeugen der besagten elektrischen Felder EF1 und EF2, beispielsweise oberhalb und unterhalb der Flüssigkristallschicht
3 angeordnete Elektroden, - - so dass in einer ersten Betriebsart B1H oder B1V bei einem elektrischen Feld EF1 unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter
5 in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilters5 in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei diese Absorption ausschließlich in horizontaler (Betriebsart B1H) oder in vertikaler (Betriebsart B1V) Richtung gilt, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der SchichtS1 orientiert ist, - - und so dass schließlich in einer weiteren Betriebsart
B2 bei einem elektrischen Feld EF2 unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter5 in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilters5 in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei dies gleichzeitig sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung gilt, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der SchichtS1 orientiert ist.
- - two non-switchable
optical elements 1 ,2 , as described above, in which the preferred directions of the absorption dipoles differ from one another by less than 10 °, - - one between the
optical elements 1 ,2 arranged switchableliquid crystal layer 3 which, depending on an electric field EF1 or EF2 acting on it, influences the polarization properties of the light penetrating through it, - - one below the
optical elements 1 ,2 arranged polarization filter P (above would also be possible), - - Means, not shown in the drawing, for selectively generating said electric fields EF1 and EF2, for example above and below the
liquid crystal layer 3 arranged electrodes, - - so that in a first operating mode B1H or B1V with an electric field EF1 unpolarized light which is perpendicular to the switchable
light filter 5 incident in this, at least 24% transmitted and so that unpolarized light, which is at an angle of more than 30 degrees to the perpendicular of the switchablelight filter 5 is absorbed by at least 85%, whereby this absorption only applies in the horizontal (operating mode B1H) or in the vertical (operating mode B1V) direction if the horizontal is parallel to the lower edge and the vertical is parallel to the left or right side edge of the layerS1 is oriented - - and so that finally in a further operating mode
B2 with an electric field EF2 unpolarized light, which is perpendicular to the switchablelight filter 5 incident in this, at least 24% transmitted and so that unpolarized light, which is at an angle of over 30 degrees to the perpendicular of the switchablelight filter 5 falls into this, is absorbed to at least 85%, this applies simultaneously both in the horizontal and in the vertical direction if the horizontal is parallel to the lower edge and the vertical is parallel to the left or right side edge of the layerS1 is oriented.
Ferner zeigt die
- - in einer zweiten Betriebsart
B3 bei einem elektrischen Feld EF1 unpolarisiertes Licht, welches in einem beliebigen Winkel inden schaltbaren Lichtfilter 5 einfällt, zu mindestens 24% transmittiert wird, - - und so dass schließlich in einer weiteren Betriebsart
B2 bei einem elektrischen Feld EF2 unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter5 in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilters5 in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei dies gleichzeitig sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung gilt, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der SchichtS1 orientiert ist.
- - in a second operating mode
B3 in the case of an electric field EF1, unpolarized light which enters the switchable light filter at anyangle 5 incident, is transmitted to at least 24%, - - and so that finally in a further operating mode
B2 with an electric field EF2 unpolarized light, which is perpendicular to the switchablelight filter 5 incident in this, at least 24% transmitted and so that unpolarized light, which is at an angle of over 30 degrees to the perpendicular of the switchablelight filter 5 falls into this, is absorbed to at least 85%, this applies simultaneously both in the horizontal and in the vertical direction if the horizontal is parallel to the lower edge and the vertical is parallel to the left or right side edge of the layerS1 is oriented.
Somit erlaubt der schaltbare Lichtfilter
Dabei ist es möglich, dass zum Beispiel entweder das elektrische Feld EF1 oder das elektrische Feld EF2 einen feldfreien Zustand beschreibt, wobei das jeweils andere elektrische Feld EF2 bzw. EF1 eine absolute Feldstärke größer null, z.B. 0.5 MV/m, aufweist. Dabei kann der feldfreie Zustand je nach Ausgestaltung der optischen Elemente
Die
Durch die Ausrichtung bzw. Orientierung der Absorptionsdipole wird das Licht für Einfallswinkel polar polarisiert, d.h. die lineare Polarisation des Lichtes ist immer senkrecht zur Richtung des Ursprungs ausgerichtet. Dieser Zustand ist in
Tritt nun das Licht aus dem optischen Element
Wird nun demgegenüber durch Anlegen eines elektrischen Feldes EF2 > 0 V/m die Polarisationsdrehung in der Flüssigkristallschicht
Weiterhin zeigt
- - zwei schaltbare optische Elemente
1 ,2 , wie oben beschrieben, wobei für jedes der optischen Elemente1 ,2 die beiden besagten Zustände durch an beide optische Elemente1 ,2 anliegende elektrische Felder EF1 oder EF2 erzeugt werden (EF1 liegtam Element 1 undEF2 am Element 2 an), - - optional einen oberhalb oder unterhalb der optischen Elemente
1 ,2 angeordneten Polarisationsfilter P (Dieser ist nicht notwendig, kann aber die Leistungsfähigkeit des schaltbaren Lichtfilters verbessern. Die Polarisation des Polarisationsfilters P und die des einfallenden Lichtes müssen kongruent sein.), - - eine zwischen den schaltbaren optischen Elementen
1 ,2 angeordnete Schicht 4 zur Rotation der Polarisationsrichtung (z.B. Flüssigkristalle oder eine schaltbare Halbwellenplatte) des diebesagte Schicht 4 durch-dringenden Lichts um 90 Grad, - - zeichnerisch nicht dargestellte Mittel zum Erzeugen besagter elektrischer Felder EF1 oder EF2 (typischerweise stellt eines der Felder EF1 oder EF2 einen feldfreien Zustand dar),
- - so dass in einer Betriebsart
B3 bei Anliegen des elektrischen Feldes EF1 unpolarisiertes Licht, welches in einem beliebigen Winkel zum schaltbaren Lichtfilter5 in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert wird, wobei in dieser BetriebsartB3 die Absorptionsdipole der beiden schaltbaren optischen Elemente1 ,2 senkrecht zueinander ausgerichtet sind und die Absorptionsdipole des Polarisators P, wenn vorhanden, parallel zu den Absorptionsdipolen des dem Polarisator P nächstliegenden schaltbaren optischenElements 1 oder 2 zueinander ausgerichtet sind, - - und so dass in einer zweiten Betriebsart
B2 bei Anliegen des elektrischen Feldes EF2 unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter5 in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilters5 in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei dies gleichzeitig sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung gilt, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der SchichtS1 orientiert ist, wobei in dieser BetriebsartB2 die Absorptionsdipole von Polarisator P, wenn vorhanden, und zu dem ihm nächstliegenden schaltbaren optischenElement 1 senkrecht und von den beiden optischen Elementen1 und2 jeweils parallel zueinander ausgerichtet sind.
- - two switchable
optical elements 1 ,2 as described above, where for each of theoptical elements 1 ,2 the two said states through to bothoptical elements 1 ,2 applied electrical fields EF1 or EF2 are generated (EF1 is on theelement 1 and EF2 on theelement 2 at), - - optionally one above or below the
optical elements 1 ,2 arranged polarization filter P (This is not necessary, but can improve the performance of the switchable light filter. The polarization of the polarization filter P and that of the incident light must be congruent.), - - one between the switchable
optical elements 1 ,2 arranged layer4th to rotate the direction of polarization (eg liquid crystals or a switchable half-wave plate) of the said layer4th penetrating light by 90 degrees, - - Means, not shown in the drawing, for generating said electric fields EF1 or EF2 (typically one of the fields EF1 or EF2 represents a field-free state),
- - so that in one mode of operation
B3 when the electric field EF1 is applied, unpolarized light, which is at any angle to the switchablelight filter 5 incident in this, at least 24% is transmitted, in this mode of operationB3 the absorption dipoles of the two switchableoptical elements 1 ,2 are aligned perpendicular to each other and the absorption dipoles of the polarizer P, if present, parallel to the absorption dipoles of the switchable optical element closest to the polarizer P.1 or2 are aligned with each other, - - and so that in a second operating mode
B2 when the electric field EF2 is applied, unpolarized light which is perpendicular to the switchablelight filter 5 incident in this, at least 24% transmitted and so that unpolarized light, which is at an angle of more than 30 degrees to the perpendicular of the switchablelight filter 5 falls into this, is absorbed to at least 85%, this applies simultaneously both in the horizontal and in the vertical direction if the horizontal is parallel to the lower edge and the vertical is parallel to the left or right side edge of the layerS1 is oriented, in this mode of operationB2 the absorption dipoles of polarizer P, if present, and perpendicular to the switchableoptical element 1 closest to it and from the twooptical elements 1 and2 are each aligned parallel to one another.
Somit erlaubt der schaltbare Lichtfilter
Eine dritte Ausgestaltung eines schaltbaren Lichtfilters
- - ein nicht schaltbares,
optisches Element 1 , wie oben beschrieben, - - einen Polarisationsfilter P, der
dem optischen Element 1 vor oder nachgeordnet ist, - - eine zwischen
dem optischen Element 1 und dem PolarisationsfilterP angeordnete Flüssigkristallschicht 3 , die in Abhängigkeit von einem auf sie wirkenden elektrischen Feld EF1 oder EF2 die Polarisationseigenschaften des durch sie hindurchdringenden Lichtes beeinflusst, - - zeichnerisch nicht dargestellte Mittel zum wahlweisen Erzeugen der besagten elektrischen Felder EF1 und EF2,
- - so dass in einer Betriebsart B1V oder B1H bei Anliegen des elektrischen Feldes EF1 unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter
5 in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilters5 in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei diese Absorption ausschließlich in horizontaler (Betriebsart B1H) oder ausschließlich in vertikaler Richtung (Betriebsart B1V) gilt, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der SchichtS1 orientiert ist, - - und so dass in einer zweiten Betriebsart B1H oder B1V bei Anliegen des elektrischen Feldes EF2 unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter
5 in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilter5 in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei dies entweder ausschließlich in vertikaler (Betriebsart B1V) oder ausschließlich in horizontaler Richtung (Betriebsart B1H) gilt, so dass die Absorptionsrichtung zwischen der ersten und der zweiten BetriebsartB1 jeweils um 90 Grad gedreht ist, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der SchichtS1 orientiert ist.
- - a non-switchable,
optical element 1 , as described above, - - A polarization filter P, the
optical element 1 is before or after, - - one between the
optical element 1 and the liquid crystal layer disposed on the polarizing filter P.3 which, depending on an electric field EF1 or EF2 acting on it, influences the polarization properties of the light penetrating through it, - - Means, not shown in the drawing, for the optional generation of said electric fields EF1 and EF2,
- - so that in an operating mode B1V or B1H, when the electric field EF1 is applied, unpolarized light which is perpendicular to the switchable
light filter 5 incident in this, at least 24% transmitted and so that unpolarized light, which is at an angle of over 30 degrees to the perpendicular of the switchablelight filter 5 is absorbed by at least 85%, whereby this absorption applies exclusively in the horizontal (operating mode B1H) or exclusively in the vertical direction (operating mode B1V) if the horizontal is parallel to the lower edge and the vertical is parallel to the left or right side edge of the layerS1 is oriented - - and so that in a second operating mode B1H or B1V, when the electric field EF2 is applied, unpolarized light which is perpendicular to the switchable
light filter 5 incident in this, at least 24% transmitted and so that unpolarized light, which is at an angle of over 30 degrees to the perpendicular of the switchablelight filter 5 falls into these, is absorbed to at least 85%, this being applies either exclusively in the vertical direction (operating mode B1V) or exclusively in the horizontal direction (operating mode B1H), so that the absorption direction is between the first and the second operating modeB1 is rotated by 90 degrees if the horizontal is parallel to the lower edge and the vertical is parallel to the left or right side edge of the layerS1 is oriented.
Die Konfiguration dieser dritten Ausgestaltung eines schaltbaren Lichtfilters
Auch hier ist es möglich, dass zum Beispiel entweder das elektrische Feld EF1 oder das elektrische Feld EF2 einen feldfreien Zustand beschreibt, wobei das jeweils andere elektrische Feld EF2 bzw. EF1 eine absolute Feldstärke größer null, z.B. 0,5 MV/m, aufweist.
Dabei kann der feldfreie Zustand je nach Ausgestaltung des optischen Elements
Somit erlaubt der schaltbare Lichtfilter
The field-free state can be depending on the configuration of the
Thus, the switchable light filter allows
Der schaltbare Lichtfilter
Weiters umfasst eine vierte, als Prinzipskizze in
- - ein schaltbares optisches
Element 1 , wie oben beschrieben, - - einen oberhalb oder unterhalb des optischen Elementes
1 angeordneten Polarisationsfilter P, - - zeichnerisch nicht dargestellte Mittel zum Erzeugen elektrischer Felder EF1 oder EF2, wobei für
das optische Element 1 mindestens zwei Zustände durch das jeweils anliegende elektrische Feld EF1 oder EF2 erzeugt werden, - - so dass in einer Betriebsart
B3 , bei welcher die Absorptionsdipole der Schichten (S1 ,S2 , ..) des optischenElements 1 parallel zur Substratoberfläche des optischenElements 1 und senkrecht zur Transmissionsrichtung des Polarisators ausgerichtet sind, unpolarisiertes Licht, welches in einem beliebigen Winkel zum schaltbaren Lichtfilter5 in diesen einfällt, zu mindestens 25% transmittiert wird, - - und so dass in einer Betriebsart B1H oder B1V, bei welcher die Absorptionsdipole der Schichten
S1 ,S2 , .. des optischenElements 1 entlang der besagten Vorzugsrichtung ausgerichtet sind, unpolarisiertes Licht, welches senkrecht zum schaltbaren Lichtfilter5 in diesen einfällt, zu mindestens 24% transmittiert und so dass unpolarisiertes Licht, welches in einem Winkel von über 30 Grad zur Mittelsenkrechten des schaltbaren Lichtfilters5 in diesen einfällt, zu mindestens 85% absorbiert wird, wobei dies entweder in vertikaler (Betriebsart B1V) oder horizontaler in Richtung (Betriebsart B1H) gilt, wenn die Horizontale parallel zur Unterkante und die Vertikale parallel zur linken oder rechten Seitenkante der SchichtS1 orientiert ist.
- - a switchable
optical element 1 , as described above, - - one above or below the
optical element 1 arranged polarization filter P, - - Means, not shown in the drawing, for generating electrical fields EF1 or EF2, wherein for the
optical element 1 at least two states are generated by the applied electric field EF1 or EF2, - - so that in one mode of operation
B3 , at which the absorption dipoles of the layers (S1 ,S2 , ..) of theoptical element 1 parallel to the substrate surface of theoptical element 1 and aligned perpendicular to the direction of transmission of the polarizer, unpolarized light, which is at any angle to the switchablelight filter 5 occurs in this, is transmitted to at least 25%, - - and so that in an operating mode B1H or B1V, in which the absorption dipoles of the layers
S1 ,S2 , .. of theoptical element 1 are aligned along the said preferred direction, unpolarized light which is perpendicular to the switchablelight filter 5 incident in this, at least 24% transmitted and so that unpolarized light, which is at an angle of over 30 degrees to the perpendicular of the switchablelight filter 5 is absorbed by at least 85%, whereby this applies either in the vertical (operating mode B1V) or horizontal in the direction (operating mode B1H) if the horizontal is parallel to the lower edge and the vertical is parallel to the left or right side edge of the layerS1 is oriented.
Auch hierbei ist es wiederum möglich, dass zum Beispiel entweder das elektrische Feld EF1 oder das elektrische Feld EF2 einen feldfreien Zustand beschreibt, wobei das jeweils andere elektrische Feld EF2 bzw. EF1 eine absolute Feldstärke größer null, z.B. 0.5 MV/m, aufweist.
Dabei kann der feldfreie Zustand je nach Ausgestaltung des optischen Elements
Somit erlaubt der schaltbare Lichtfilter
The field-free state can be depending on the configuration of the
Thus, the switchable light filter allows
Für besondere Anwendungsfälle kann ein schaltbarer Lichtfilter
Wie vorstehend schon angemerkt, erlangt die Erfindung besondere Bedeutung durch Kombination eines vorbeschriebenen schaltbaren Lichtfilters mit einer Bildwiedergabeeinheit zu einem Bildschirm. Ein solcher Bildschirm, der in mindestens einem ersten Betriebszustand B1V und/oder B3 für einen in der horizontalen Richtung freien Sichtmodus und in mindestens einem zweiten Betriebszustand B1H und/oder B2 für einen in der horizontalen Richtung eingeschränkten Sichtmodus betrieben werden kann, umfasst
- - einen wie vorstehend beschriebenen schaltbaren Lichtfilter
5 einer der vier genannten Ausgestaltungen, und - - eine
dem schaltbaren Lichtfilter 5 von einem Betrachter aus gesehen nach- oder vorgeordnete Bildwiedergabeeinheit.
- - a switchable light filter as described above
5 one of the four configurations mentioned, and - - one of the switchable light filters
5 A downstream or upstream image display unit seen from a viewer.
Vorteilhaft entspricht die Bildwiedergabeeinheit einem LCD-Panel, dessen einer Polarisationsfilter dem Polarisationsfilter P entspricht. Dabei kann es sich um den vorder- oder rückseitigen Polarisator im LCD-Aufbau handeln. Außerdem kann vorteilhaft der schaltbare Lichtfilter zwischen dem LCD-Panel und dessen Hintergrundbeleuchtung angeordnet sein, um zwischen einem ersten Betriebszustand
Mit „Fokussierung“ ist dabei nicht eine Fokussierung nach Art von Linsen gemeint, sondern eine Einengung des Abstrahlbereichs bzw. Transmission in Abhängigkeit des Einstrahlwinkels.In this context, “focusing” does not mean focusing in the manner of lenses, but rather a narrowing of the emission area or transmission as a function of the angle of incidence.
Ein solcher Bildschirm findet vorteilhaft Verwendung in einem mobilen Gerät, einem Kraft-, Luft- oder Wasserfahrzeug, in einem Zahlterminal oder in einem Zugangssystem. Dabei kann zwischen den genannten Betriebsarten umgeschaltet werden, um sensitive Daten zu schützen, d.h. für nur einen Betrachter wahrnehmbar darzustellen, oder alternativ Bildinhalte gleichzeitig für mehrere Betrachter darzustellen.Such a screen is advantageously used in a mobile device, a motor vehicle, aircraft or watercraft, in a payment terminal or in an access system. It is possible to switch between the mentioned operating modes in order to protect sensitive data, i.e. to display it in a way that is perceptible to only one viewer, or alternatively to display image content for several viewers at the same time.
Grundsätzlich können im Rahmend der Erfindung auch zusätzliche Retardierungsfilme zum Einsatz kommen, um die Polarisationszustände weiter anpassen zu können. Dies gilt für die vorgenannten wie auch für die noch nachfolgend beschriebene Ausgestaltung der Erfindung.In principle, additional retardation films can also be used within the scope of the invention in order to be able to further adapt the polarization states. This applies to the aforementioned and also to the embodiment of the invention described below.
Der vorstehend beschriebene schaltbare Lichtfilter löst die gestellte Aufgabe: Ein schaltbarer Lichtfilter, der die Transmission von Licht winkelabhängig (optional senkrecht) beeinflusst, wurde beschrieben, wobei hier zwischen mindestens zwei Betriebszuständen umgeschaltet werden kann. Dabei sind insbesondere Winkeleinschränkungen in der Transmission in bestimmte Richtungen umschaltbar. Der schaltbare Lichtfilter bzw. darauf basierende Systeme sind preiswert umsetzbar und insbesondere mit verschiedenartigen Bildschirmtypen universell verwendbar, um eine Umschaltung zwischen einem - mindestens in der horizontalen Richtung bestehenden- Sichtschutz und einem freien Betrachtungsmodus zu ermöglichen, wobei die Auflösung eines solchen Bildschirms grundsätzlich nicht herabgesetzt wird. 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 im PKW angewendet werden, um wahlweise dem Fahrer oder Beifahrer störende Bildinhalte vorzuenthalten.The switchable light filter described above solves the problem: A switchable light filter that influences the transmission of light as a function of the angle (optionally perpendicular) has been described, whereby it is possible to switch between at least two operating states. In particular, angle restrictions in the transmission can be switched in certain directions. The switchable light filter or systems based on it can be implemented inexpensively and can be used universally, in particular with different types of screen, in order to enable switching between a privacy screen - at least in the horizontal direction - and a free viewing mode, whereby the resolution of such a screen is fundamentally not reduced . The invention described above can advantageously 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 a car in order to either withhold disruptive image content from the driver or front passenger.
Claims (9)
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020006110.9A DE102020006110B3 (en) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | Switchable light filter with variable transmission and screen with such a switchable light filter and use of such a screen |
CN202180012906.3A CN115053173A (en) | 2020-09-30 | 2021-09-27 | Switchable filter and use thereof |
EP21785809.1A EP4222554A1 (en) | 2020-09-30 | 2021-09-27 | Switchable light filter and use thereof |
PCT/EP2021/076471 WO2022069397A1 (en) | 2020-09-30 | 2021-09-27 | Switchable light filter and use thereof |
JP2022552362A JP7473997B2 (en) | 2020-09-30 | 2021-09-27 | Switchable optical filters and their uses. |
US17/758,617 US11906828B2 (en) | 2020-09-30 | 2021-09-27 | Switchable light filter and use thereof |
TW110136434A TWI777794B (en) | 2020-09-30 | 2021-09-30 | Switchable light filter and its use |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020006110.9A DE102020006110B3 (en) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | Switchable light filter with variable transmission and screen with such a switchable light filter and use of such a screen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020006110B3 true DE102020006110B3 (en) | 2021-09-23 |
Family
ID=77552869
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020006110.9A Active DE102020006110B3 (en) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | Switchable light filter with variable transmission and screen with such a switchable light filter and use of such a screen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020006110B3 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022102390B3 (en) | 2022-02-02 | 2022-06-30 | Sioptica Gmbh | Screen with changeable relative luminance distribution curve |
DE102022110935A1 (en) | 2022-05-04 | 2023-11-09 | Sioptica Gmbh | Screen with limited visibility |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5993940A (en) | 1994-06-21 | 1999-11-30 | 3M Innovative Properties Company | Composite used for light control of privacy |
US6765550B2 (en) | 2001-04-27 | 2004-07-20 | International Business Machines Corporation | Privacy filter apparatus for a notebook computer display |
DE60022081T2 (en) | 1999-12-03 | 2006-06-01 | Qinetiq Ltd. | NONLINEAR OPTICAL BODIES AND DEVICES |
JP2007155783A (en) | 2005-11-30 | 2007-06-21 | Casio Comput Co Ltd | Liquid crystal display device |
WO2012033583A1 (en) | 2010-09-09 | 2012-03-15 | 3M Innovative Properties Company | Switchable privacy filter |
US20120235891A1 (en) | 2009-12-02 | 2012-09-20 | Rena Nishitani | Liquid crystal display device |
US20130308185A1 (en) | 2012-05-18 | 2013-11-21 | Reald Inc. | Polarization recovery in a directional display device |
WO2015121398A1 (en) | 2014-02-17 | 2015-08-20 | Sioptica Gmbh | Switchable lighting device and use thereof |
-
2020
- 2020-09-30 DE DE102020006110.9A patent/DE102020006110B3/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5993940A (en) | 1994-06-21 | 1999-11-30 | 3M Innovative Properties Company | Composite used for light control of privacy |
DE60022081T2 (en) | 1999-12-03 | 2006-06-01 | Qinetiq Ltd. | NONLINEAR OPTICAL BODIES AND DEVICES |
US6765550B2 (en) | 2001-04-27 | 2004-07-20 | International Business Machines Corporation | Privacy filter apparatus for a notebook computer display |
JP2007155783A (en) | 2005-11-30 | 2007-06-21 | Casio Comput Co Ltd | Liquid crystal display device |
US20120235891A1 (en) | 2009-12-02 | 2012-09-20 | Rena Nishitani | Liquid crystal display device |
WO2012033583A1 (en) | 2010-09-09 | 2012-03-15 | 3M Innovative Properties Company | Switchable privacy filter |
US20130308185A1 (en) | 2012-05-18 | 2013-11-21 | Reald Inc. | Polarization recovery in a directional display device |
WO2015121398A1 (en) | 2014-02-17 | 2015-08-20 | Sioptica Gmbh | Switchable lighting device and use thereof |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022102390B3 (en) | 2022-02-02 | 2022-06-30 | Sioptica Gmbh | Screen with changeable relative luminance distribution curve |
WO2023147898A1 (en) | 2022-02-02 | 2023-08-10 | Sioptica Gmbh | Display screen having a variable relative luminance distribution curve |
DE102022110935A1 (en) | 2022-05-04 | 2023-11-09 | Sioptica Gmbh | Screen with limited visibility |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102019003383B4 (en) | Switchable viewing angle control device and display system for a private liquid crystal device | |
DE69333703T2 (en) | Twisted nematic liquid crystal display device | |
DE69433932T2 (en) | Liquid crystal display with structured delay layers | |
DE69628544T2 (en) | LIQUID CRYSTAL LIGHT LOCK | |
DE69533909T2 (en) | Liquid crystal display with at least two retardation layers | |
DE69434282T2 (en) | Liquid crystal display with at least two inhibition films, one on each side of a liquid crystal layer | |
DE69432654T2 (en) | Liquid crystal display and device | |
DE102012216395B4 (en) | Liquid crystal display | |
EP3090309A1 (en) | Switchable lighting device and use thereof | |
DE102020006110B3 (en) | Switchable light filter with variable transmission and screen with such a switchable light filter and use of such a screen | |
DE102011080780B4 (en) | A liquid crystal display device | |
EP3347764A1 (en) | Screen for a free viewing mode and a restricted viewing mode | |
DE112013006896T5 (en) | Liquid crystal display and the liquid crystal screen | |
DE102022102390B3 (en) | Screen with changeable relative luminance distribution curve | |
DE102020006442B3 (en) | Optical element with variable transmission, method for producing such an optical element and use of such an optical element in a screen | |
EP4222554A1 (en) | Switchable light filter and use thereof | |
DE102016004842B4 (en) | Screen and method for an unobstructed view mode and a restricted view mode and use of such a screen | |
DE102023110269B3 (en) | Switchable light filter, lighting device and screen | |
DE2729972A1 (en) | DATA PLAYER WITH A CELL WITH LIQUID CRYSTAL | |
DE102020008013B3 (en) | Optical element with variable transmission and screen with such an optical element | |
DE102020002797B3 (en) | Optical element with variable angle-dependent transmission and screen with such an optical element | |
DE69729273T2 (en) | Liquid crystal display device | |
DE102020008055A1 (en) | Optical element with variable transmission and screen with such an optical element | |
DE102015016134B3 (en) | Screen and procedure for a free and a restricted view mode | |
DE102015217711B4 (en) | Liquid crystal panel, liquid crystal display apparatus with liquid crystal panel, and method of manufacturing a liquid crystal panel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
R012 | Request for examination validly filed | ||
R087 | Non-binding licensing interest withdrawn | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R130 | Divisional application to |
Ref document number: 102020008055 Country of ref document: DE |
|
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |