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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung mit wenigstens einem
ersten scheibenförmigen Element mit dem ein Polarisationsfilter
verbunden wird.
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Insbesondere
bei Anzeigevorrichtungen, die bevorzugt im Außenbereich
Anwendung finden, ergibt sich das Problem, dass die Anzeigevorrichtungen
mit Hilfe aufwändiger Kühlaggregate gekühlt
werden müssen, um ein unzulässiges Aufheizen derselben
zu verhindern.
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Dies
ist insbesondere dann problematisch, wenn die Anzeigevorrichtungen
im Außenbereich hoher Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind.
Anzeigevorrichtungen können beispielsweise Displays umfassen,
die selber mit Polarisatoren ausgestattet sind oder polarisiertes
Licht emittieren.
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Um
ein Aufheizen durch Sonneneinstrahlung zu vermindern, wird bei Anzeigevorrichtungen,
z. B. Displays gemäß dem Stand der Technik beispielsweise
eine IR-Strahlung reflektierende SIPLEX-Solar Control Folie, hergestellt
als Verbundglas durch die Firma Haller (Kirchlengern) auf das Glas,
insbesondere die Scheibe, bevorzugt die Vorsatzscheibe der Anzeigevorrichtung
aufgebracht. Bei einer derartigen Lösung ergibt sich jedoch
immer noch eine Transmission im IR-Bereich, das heißt im
Wellenlängenbereich von 780 bis 2500 nm von 28%, was dazu
führt, dass ein Aufheizen der, hinter einer mit einer derartig
ausgerüsteten Scheibe liegenden Anzeigevorrichtung durch
Lichteinstrahlung, insbesondere Sonneneinstrahlung nicht ausreichend
vermindert werden kann.
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Neben
den oben beschriebenen Lösungen mit Wirkung im Infrarotbereich
gibt es weitere Folien, die einen Wärmeeintrag durch externe
Sonneneinstrahlung absenken wie beispielsweise Laminate, die eine XIR-Folie
der Firma Southwall, Palo Alto, California, USA (Internet: www.southwall.com)
enthalten. Bei dieser Folie wird ein höherer Anteil der
nicht erwünschten Sonneneinstrahlung im IR-Spektralbereich
reflektiert, so dass eine leichte Absenkung der Einstrahlung auf das
dahinter angeordnete Display bzw. die Anzeigevorrichtung festzustellen
ist. Jedoch ist die XIR-Folie in einem Laminatverbund eingebracht,
was zu starken optischen Inhomogenitäten führt,
so dass ein praktischer Einsatz im Bereich der Display-Gläser
nicht möglich ist.
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Ein
ganz entscheidender Nachteil der zuvor genannten Lösungen
ist, dass die Beeinflussung sich auf den Infraroten Spektralbereich,
d. h. im Wellenlängenbereich von 780 bis 2500 nm, beschränkt.
Gerade im sichtbaren Bereich von 380 nm bis 780 nm wirkt jedoch
ein erheblicher Anteil der Sonneneinstrahlung und führt zusätzlich
zum Infrarotbereich zu erheblichen Temperaturerhöhungen
des Displays hinter einer Frontscheibe einer Anzeigevorrichtung.
Gerade in Gegenden mit hoher Sonneneinstrahlung führt dies
dazu, dass ein Aufheizen der hinter einer mit einer derartig ausgerüsteten
Scheibe liegenden Anzeigevorrichtung durch Lichteinstrahlung, insbesondere
Sonneneinstrahlung nicht ausreichend vermieden werden kann und das
Display oberhalb seiner maximal zulässigen Arbeitstemperatur
aufgeheizt wird. Dies bewirkt, dass das Display schwarz wird und
nicht mehr lesbar ist. Für das Aufheizen durch Sonneneinstrahlung
ist das gesamte Spektrum mit Wellenlängen im Bereich 300
nm bis circa 2500 nm relevant. Im Allgemeinen zielen die bekannten
Lösungen zur Verminderung der Sonneneinstrahlung nur auf
den Infrarotbereich von 780–2500 nm, in denen das menschliche
Auge nicht empfindlich ist und lassen den sichtbaren Spektralbereich
im wesentlichen unbeeinflusst, obwohl das Sonnenspektrum in diesem
Wellenlängenbereich noch nennenswert Energie aufweist.
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Passive
Methoden zur Verringerung des Energieeintrags im sichtbaren Wellenlängenbereich
sind Beschichtungen, die einen hohen Anteil des sichtbaren Lichtes
reflektieren und somit den Energieeintrag senken. Als Beispiel hierfür
sei das Produkt MIRONA von der Firma SCHOTT AG zu nennen, das eine
Reflexion von ca. 35% im sichtbaren Bereich aufweist. Der Nachteil
dieser Lösung ist, dass der Kontrast der hinterliegenden Anzeigevorrichtung
durch diese Reflektivität deutlich herabgesenkt wird. Das
Verhältnis der gewünschten Strahlung von der Anzeigevorrichtung
zum Betrachter in Bezug auf die Strahlung, die von der Umgebung
an der Vorderseite der Frontscheibe der Anzeigevorrichtung zum Betrachter
reflektiert wird, wird bei höherer Umgebungshelligkeit
immer schlechter und führt oft zu völliger Unlesbarkeit
der Anzeigevorrichtung bei hellem Tageslicht.
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Als
Lösung zur Verbesserung dieses Kontrastes werden hier oft
mit einer Antireflexbeschichtung beschichtete Scheiben eingesetzt,
die dann aber keinen wirksamen Sonnenschutz im sichtbaren Bereich
aufweisen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es somit, eine Einrichtung zur Verfügung
zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch eine Einrichtung gemäß Anspruch
1 gelöst, welche aus mindestens einem ersten scheibenförmigen
Element und zumindest einem Polfilter besteht. Hierbei wird der Polfilter
derart aufgebracht, dass das emittierte, polarisierte Licht einer
Anzeigevorrichtung durch die Einrichtung nur wenig gedämpft
wird. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem
die Durchlassrichtung des Polfilters der Einrichtung derart ausgerichtet
wird, dass der Polfilter einen größtmöglichen
Anteil des von der Anzeigevorrichtung emmittierten Lichts durchläßt.
Dadurch wird das Nutzsignal der Anzeigevorrichtung zu einem hohen
Anteil von größer 70%, vorzugsweise größer
80% durch die Einrichtung transmittiert, aber gleichzeitig wird das
Sonnenlicht mit der Schwingengsebene orthogonal zu der Durchlaßrichtung
des Polfilters gedämpft. Für eine gute Lesbarkeit
der Anzeige eines Displays sollte die Transmission des emittierten
Lichtes der Anzeigevorrichtung durch die Einrichtung mehr als 50%,
vorzugsweise mehr als 70% betragen.
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Zwischen
der Einrichtung und der Anzeigevorrichtung wird ein Zwischenraum
ausgebildet, der mit einem gasförmigen Medium gefüllt
ist. Das gasförmige Medium kann Luft oder auch Stickstoff
oder ein Edelgas wie Helium oder Argon sein. Der Abstand zwischen
der erfindungsgemäßen Einrichtung und der Anzeigevorrichtung,
welcher den Zwischenraum bildet, liegt im Bereich von 1 bis 500
mm, vorzugsweise 5 bis 100 mm.
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Ein
derartiger Aufbau ermöglicht es, dass die polarisierte
sichtbare Strahlung, hier definiert als der Spektralbereich von
380 nm bis 780 nm Wellenlänge, von der Anzeigevorrichtung
mit hoher Transmission von größer 70%, vorzugsweise
größer 80%, durch die Einrichtung zu dem Betrachter
gelangt, während der Anteil des unpolarisierten Sonnenlichts
im sichtbaren Wellenlängenbereich der Strahlung nur zu
etwa 50% auf die Anzeigevorrichtung gelangt.
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Zusätzlich
können in diesem Aufbau natürlich sämtliche
oben beschriebenen Lösungen zur Verringerung der Transmission
im Infrarotanteil der Sonnenstrahlung, im Infrarotwellenlängenbereich
780 nm bis 2500 nm, eingesetzt werden, um auch diesen Spektralanteil
zu unterdrücken. Ferner kann auch zusätzlich eine
Lösung, wie sie aus der Anmeldung
DE 102009051116 der Fa. SCHOTT
AG bekannt ist, zur Verringerung der Transmission des Sonnenlichts
durch die Einrichtung hindurch zur Anzeigevorrichtung hin eingesetzt
werden. Der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung wird vollumfänglich
in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen.
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Zur
Lösung der Aufgabe werden Polfilter eingesetzt, die als
Standard in den hier angesprochenen Anzeigevorrichtungen Verwendung
finden. Anzeigevorrichtungen gemäß der beschriebenen
Erfindung werden auch als IC-Displays, Flüssigkristallbildschirme,
Flüssigkristallanzeigen oder TFT-Bildschirme bezeichnet,
bei denen das Licht mit einer Hintergrundbeleuchtung und einem Polarisationsfilter
erzeugt wird und durch Drehung der Polarisationsrichtung durch Flüssigkristallelemente
in Verbindung mit einem weiteren vorderseitigen Polarisationsfilter
in eine Intensitätsänderung umgewandelt wird.
Es können durch die beschriebene Ausführung aber
auch alle anderen Anzeigesysteme verbessert werden, die polarisiertes
Licht emittieren.
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In
einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die
Anzeigevorrichtung so modifiziert werden, dass der Polfilter der
Einrichtung gleichzeitig als vorderer Filter der Anzeigevorrichtung
dienen kann. Auch in diesem Fall ist ein Abstand zwischen der Einrichtung
und der Anzeigevorrichtung, speziell des Bereiches mit den Flüssigkristallen
notwendig, um eine Aufheizung der Flüssigkristalle in der
Anzeigevorrichtung zu verringern.
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Ein
Polfilter ist ein Polarisationsfilter oder Polarisator, der nur
bestimmt ausgerichtetes Licht bzw. Lichtwellen durchlässt.
Polfilter können durch eine Anzahl von verschiedenen Technologien
realisiert werden. Die bekannteste Technologie arbeitet mit der
Streckung von Folien, die Schichten aus Polyvinylalkohol aufweisen und
in welche geeignete Teilchen wie z. B. dichroitische Farbstoffe,
sehr feine Kohlenstofffäden oder eindiffundiertes Jod eingearbeitet
sind. Durch das plastische Dehnen der Folie in eine Richtung werden
die Moleküle längs der Ziehrichtung parallel ausgerichtet.
Diese Moleküle absorbieren nach dem Ausrichten durchtretendes Licht
stark anisotrop. Während unpolarisertes Licht, welches
einen Polfilter passiert in einer Schwingungsebene nahezu nicht
absorbiert wird, wird insbesondere die dazu senkrecht stehende orthogonale
Schwingungsebene des Lichts fast vollständig absorbiert.
Dem Fachmann ist bekannt, dass für die Anwendung in der
erfindungsgemäßen Einrichtung aber alle erhältlichen
Polfilter eingesetzt werden können, sofern Sie mindestens im
sichtbaren Bereich der Sonnenstrahlung eine deutliche Polarisationswirkung
in Transmission aufweisen. Bei Polfiltern, die darüber
hinausgehend auch den Infrarotanteil des Lichts beeinflussen, wird
die positive Wirkung nochmals verstärkt. Polarisatoren
werden von vielen Firmen angeboten. Als Beispiel wird hier die Firma ITOS
aus Mainz genannt, die Polfilter anbietet und auch technische Informationen
zur Wirkungsweise der Polarisatoren im Internet anbietet.
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Nähert
man die von der Sonne abgegebene Strahlung, also das Spektrum des
Sonnenlichts, durch einen Planck'schen Strahler mit einer Temperatur
TSTRAHLER = 5762 K an, so kann man ableiten,
dass bei Vernachlässigung des UV-Anteils mit Wellenlängen < 380 nm ungefähr
55% der Intensität des Sonnenlichtes im sichtbaren Wellenlängenbereich
von 380 nm bis 780 nm liegt und ungefähr 45% im IR-Wellenlängenbereich von
780 nm bis 2500 nm. Beim Einsatz des hier beschriebenen Polarisators
können von dem sichtbaren Teil des Spektrums (also ca.
55% der spektralen Intensität) die Hälfte der
Strahlung im Polarisator absorbiert werden (nämlich im
Wesentlichen die orthogonale Strahlung zur Ausrichtung des Polfilters)
und tragen nicht mehr zur Aufheizung der Anzeigevorrichtung bei.
Dieser Anteil beträgt damit ca. 27% der Energie, der vermieden werden
kann, das heißt die Hälfte der oben angeführten
spektralen Intensität von 55%.
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Die
beschriebenen Polfilter werden für die Displayindustrie
in großen Stückzahlen hergestellt. Dabei wird üblicherweise
der Polfilter mit einer selbstklebenden Schicht versehen, um direkt
auf die Frontscheibe der Anzeigevorrichtung befestigt zu werden.
Die Vorderseite des Polarisators kann optional noch mit einer Antireflexschicht
versehen werden, der störende Reflexionen an der Vorderseite
minimiert und zur Kontrasterhöhung in heller Umgebung beiträgt.
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Die
erfindungsgemäße Einrichtung als Vorsatz- und
Schutzscheibe für ein Display kann auf verschiedene Weise
realisiert werden.
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In
der einfachsten Form wird der oben beschriebene Polfilter auf ein
erstes scheibenförmiges Element, vorzugsweise auf eine
feste Glasscheibe befestigt und bildet auf diese Weise einen einfachen
Verbund. Soll solch ein Verbund als Vorsatz- oder als Schutzscheibe
für eine Anzeigevorrichtung eingesetzt werden, so wird der
oben beschriebene Polfilter derart auf ein erstes scheibenförmiges
Element befestigt, dass die Polarisationsrichtung für hohe
Transmission parallel zu der Polarisationsrichtung des vorderseitigen
Polarisators im Anzeigeelement liegt.
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Der
oben beschriebene Polfilter kann jedoch auch zwischen ein erstes
scheibenförmiges Element und ein zweites scheibenförmiges
Element laminiert werden, so dass ein fester Verbund entsteht, der
eine erhöhte mechanische Festigkeit aufweist und beispielsweise
als Verbundssicherheitsglas zugelassen werden kann. Als festes bzw.
flüssiges Füllmaterial, welches zwischen die beiden
scheibenförmigen Elementen eingebracht wird, werden bevorzugt
Polymermaterialien, ausgehärtete anorganische Materialien,
beispielsweise Gießharz oder Folie, wie beispielsweise
PVB(Polyvinylbutyral)-Folien, EVA(Ethylenvinylacetat)-Folien, PA(Polyacrylat)-Folien,
PMMA(Polymethylmethacrylat)-Folien oder PUR(Polyurethan)-Folien
verwandt.
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Mit
den zuvor beschriebenen Polymermaterialien können zusätzlich
zu dem erfindungsgemäßen Einbringen eines Polfilters
auch IR-Strahlung reflektierende Beschichtungen oder IR reflektierende
Folien in den Verbund eingebracht werden, beispielsweise auf Folie
aufgebrachte weitere low-E-Schichten. Damit kann die Schutzwirkung
im Infrarotbereich noch zusätzlich verbessert werden. Low-E-Beschichtungen
sind IR-reflektierende Beschichtungen, beispielsweise basierend
auf transparenten Metall-, insbesondere Silberschichten, die eine
sehr hohe Reflektivität im Bereich der IR-Strahlung von
780 nm bis 2500 nm aufweisen.
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Zur
Herstellung des Verbundes beispielsweise mittels eines Polymermaterials
wie einer PVB-Folie, EVA-Folie, PA-Folie, PMMA-Folie oder PUR-Folie
einer wird das Polymermaterial bzw. die Folie durch Druck verflüssigt
oder erweicht und mit dem ersten scheibenförmigen Element
und dem zweiten scheibenförmigen Element verklebt, um den
Verbund zu ergeben.
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Um
insbesondere bei Verwendung der Einrichtung im Anzeigebereich den
Kontrast und damit die Anzeigequalität für eine
Anzeigevorrichtung zu erhöhen, ist es in einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die erste
und/oder die letzte Oberfläche des Verbunds mit einer Entspiegelungs-
oder Antireflexbeschichtung beschichtet ist.
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Durch
das Beschichten wenigstens einer Oberfläche des Verbunds
mit einer Entspiegelungsbeschichtung bzw. Antireflexbeschichtung
wird insbesondere die Reflexion im sichtbaren Wellenlängenbereich
von 350 nm bis 780 nm einer Einrichtung deutlich vermindert und
so der Kontrast gegenüber Einrichtungen ohne Entspiegelungsbeschichtung
deutlich erhöht. Dieser Kontrast bezieht sich auf das Verhältnis
des vom Display emittierten Lichtes in Bezug auf die von der Vorsatzscheibe
reflektierte Strahlung des Umgebungslichtes. Bevorzugt wird der
Reflexionsgrad Rvis durch die Entspiegelungsbeschichtung
um Faktor 4 bis 50 gegenüber einem nicht mit einer Entspiegelungsbeschichtung
versehenen scheibenförmigen Element verringert. Beträgt der
Reflexionsgrad Rvis des scheibenförmigen
Elementes ohne Entspiegelungsbeschichtung beispielsweise 8%, so
kann durch die Entspiegelungsbeschichtung der Reflexionsgrad Rvis auf 0,1% bis 6%, bevorzugt auf 0,2% bis
4% reduziert werden. Bei dem zuvor genannten Reflexionsgrad Rvis handelt es sich um einen Reflexionsgrad
bei Normlicht D65 (künstlichem Tageslicht), gefaltet mit
der Augenempfindlichkeit. Obwohl die Reflexion für einzelne
Wellenlängen größer als beispielsweise
2% sein kann, kann sich für das Normlicht D65 ein Wert
Rvis von 1% oder geringer ergeben.
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Durch
die Verminderung der Reflexion an der Oberfläche des Verbundes
bedingt durch die Antireflexbeschichtung bzw. Entspiegelungsbeschichtung
sowie innerhalb des Verbundes durch eine low-E Schicht wird der
Kontrast gegenüber einem nicht mit einer Entspiegelungsbeschichtung
versehenen Element deutlich erhöht. Als Entspiegelungsbeschichtungen
werden bevorzugt Interferenzschichtsysteme eingesetzt. Bei solchen Systemen
wird an den Grenzflächen der Entspiegelungsbeschichtung
Licht reflektiert. Die an den Grenzflächen reflektierten
Wellen können sich durch Interferenz sogar völlig
auslöschen, wenn Phasen- als auch Amplitudenbedingung erfüllt
sind.
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Derartige
Entspiegelungsbeschichtungen sind beispielsweise in den Produkten
AMIRAN, CONTURAN, oder MIROGARD der Firma Schott AG realisiert.
Betreffend ein Interferenz-Schichtsystem für breitbandige
Entspiegelung wird auch auf die
EP-A-1248959 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt
vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen
wird.
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Neben
der Verminderung der Reflexion Rvis im optisch
sichtbaren Spektralbereich 380 nm bis 780 nm kann durch die Entspiegelungsbeschichtung
auch eine Erhöhung der Transmission bevorzugt um bis zu
10% erreicht werden.
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Die
Entspiegelungs- oder Antireflexbeschichtung, kurz AR-Beschichtung,
wird bevorzugt auf einer nach außen, d. h. zur Luft hin
gerichteten Seite des ersten und/oder des zweiten scheibenförmigen
Elementes vorgesehen. Als Entspiegelungs- beziehungsweise Antireflexbeschichtungen
kommen Schichten, die nach unterschiedlichen Verfahren hergestellt
sind, in Betracht. Derartige Schichten können nach einem
Sol-Gel-Verfahren, nach Sputterverfahren, nach Ätzverfahren
oder in einem CVD-Verfahren hergestellt werden. Auch ist es möglich,
auf dem Polfilter direkt eine solche AR-Beschichtung abzuscheiden.
Im Einzelnen kann die Entspiegelungsbeschichtung mit einem der nachfolgenden
Auftragsverfahren aufgebracht werden:
- a) Die
Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe der Flüssigtechnologie
aufgebracht, wobei die mit Hilfe der Flüssigtechnologien
aufgebrachte Schicht mit Hilfe einer der nachfolgenden Techniken
zur Verfügung gestellt wird:
– die Entspiegelungsbeschichtung
wird mit Hilfe der Sol-Gel-Technologie aufgebracht;
– die
Entspiegelungsbeschichtung wird als Einfachinterferenzbeschichtung,
insbesondere als poröse Einfachinterferenzbeschichtung
aus der Sol-Gel-Technologie hergestellt;
– die Entspiegelungsbeschichtung
wird als Mehrfach-Interferenzbeschichtung aus der Sol-Gel-Technologie hergestellt;
– die
Entspiegelungsbeschichtung wird als Dreifach-Interferenz-Beschichtung
aus der Sol-Gel-Technologie hergestellt, wobei die erste Schicht
eine Brechzahl zwischen 1,6 und 1,8 aufweist, die zweite Schicht
eine Brechzahl zwischen 1,9 und 2,5 aufweist und die Brechzahl der
dritten Schicht zwischen 1,4 und 1,55 liegt.
- b) die Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe einer Hochvakuumtechnologie
hergestellt, wobei die mit Hilfe der Hochvakuumtechnologie aufgebrachte
Schicht mit einer der nachfolgenden Techniken zur Verfügung
gestellt wird:
– die Entspiegelungsbeschichtung wird
mit Hilfe einer Hochvakuumtechnologie als Mehrfach-Interferenzschichtsystem
hergestellt;
– die Entspiegelungsbeschichtung wird
mit Hilfe einer Hochvakuumtechnologie als Einfachschichtsystem hergestellt;
die Entspiegelungsbeschichtung wird aus einem Sputterprozess unter
Hochvakuum hergestellt;
– die Entspiegelungsbeschichtung
wird aus einem Aufdampfprozess unter Hochvakuum hergestellt.
- c) die Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe eines CVD-Verfahrens
hergestellt, wobei die mit Hilfe eines CVD-Verfahrens aufgebrachte
Schicht mit einer der nachfolgenden Techniken zur Verfügung
gestellt wird:
– die Entspiegelungsbeschichtung wird
aus einem Online-CVD-Prozess hergestellt;
– die Entspiegelungsbeschichtung
wird aus einem Offline-CVD-Prozess hergestellt.
- d) die Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe eines Ätzverfahrens
hergestellt, wobei die mit Hilfe eines Ätzverfahrens aufgebrachte
Schicht mit einer der nachfolgenden Techniken zur Verfügung
gestellt wird:
– die Entspiegelungsbeschichtung wird
mit Hilfe eines Ätzverfahrens als poröse Schicht
hergestellt;
– die Entspiegelungsbeschichtung wird
mit Hilfe eines Ätzverfahrens als lichtstreuende Oberfläche
hergestellt.
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Die
Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass bei einem
Durchgang des Lichts durch die Einrichtung je nach Anordnung der
Polarisationsrichtung des Polfilters eine Schwingungsebene des Lichtes
im optischen Spektralbereiches zwischen 380 nm und 780 nm gegenüber
der entsprechenden orthogonalen Schwingungsebene stark unterdrückt
wird. Typischerweise erreichen technische Polarisatoren im optisch sichtbaren
Wellenlängenbereich eine Unterdrückung des Lichts
in einer Polarisationsrichtung von mehr als 1:1000; jedoch kann
der beschriebene positive Effekt der Sonnenschutzwirkung bereits
ab Unterdrückungsgraden von besser als 1:5 im optisch sichtbaren
Spektralbereich erreicht werden. Die Transmission des Lichts im
optischen Spektralbereich von 380 nm und 780 nm durch die Einrichtung
liegt erfindungsgemäß in einem Verhältnis
des Durchtritts durch die Einrichtung in paralleler zu orthogonaler
Polarisationsrichtung des Polfilters, gemessen mit polarisiertem
Licht, von mindestens 3 zu 1 bevorzugt 5 zu 1, besonders bevorzugt
oberhalb 10 zu 1.
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Bei
Einsatz einer Entspiegelungsbeschichtung können hohe Kontraste,
beispielsweise Kontraste, die im Bereich von 40 bis 80 liegen, erreicht
werden, ohne Beschränkung hierauf.
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Solche
Einrichtungen entsprechend der Erfindung können im Bereich
von Anzeigevorrichtungen, insbesondere Anzeigevorrichtungen im Außenbereich
und hier bevorzugt für Flüssigkristallanzeigevorrichtungen verwendet
werden. Hierbei wird die erfindungsgemäße Einrichtung
als Vorsatz- oder Schutzscheibe vor der Anzeigevorrichtung angeordnet,
wobei vorzugsweise zwischen der Einrichtung und der Anzeigevorrichtung
ein Abstand vorgesehen wird, der durch ein gasförmiges
Medium gefüllt ist.
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Insbesondere
für die Anwendung im Außenbereich kann die erfindungsgemäße
Einrichtung in einer weiteren Ausführungsform mit einer
Randversiegelung ausgeführt sein, was den weiteren Vorteil
der Widerstandsfähigkeit gegen hohe Luftfeuchtigkeit hat.
Besonders bevorzugt im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit
eines Polfilters ist es, wenn in einem Verbund der Rand des ersten
scheibenförmigen Elementes und des zweiten scheibenförmigen
Elementes ein Dichtmaterial umfasst. Ein mögliches Dichtmaterial,
welches hierfür verwandt werden kann, ist beispielsweise
Butylkautschuk, der sich durch geringe Gasdurchlässigkeit auszeichnet.
Eine alternative Dichtungsmöglichkeit ist die Dichtung
durch eine umlaufende Aluminiumfolie, die wiederum mit einem Kunststoff
mit geringer Gasdurchlässigkeit verklebt wird.
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Der
Rand des ersten und/oder zweiten scheibenförmigen Elementes
sollte so ausgestaltet sein, dass der aufgebrachte Polfilter und
gegebenenfalls auch zusätzlich aufgebrachte low-E Schichten
nicht von der Seite des Verbundes her korrodieren. Als wirksames
Mittel kann beispielsweise das Randentschichten eingesetzt werden,
bei dem die low-E Schicht und auch der Polfilter nicht bis zum Rand
durchgeht und so das Laminat am Rand direkt zwischen oberem und
unterem Glas versiegelt werden kann.
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Bevorzugt
sind wenigstens 5 mm der Scheibe als Rand ausgebildet, in denen
der Polfilter und gegebenenfalls die IR-reflektierende Beschichtung
unterbrochen ist bzw. der keine IR-reflektierende Beschichtung und
keinen Polfilter aufweist. Die Maximalgrenze des Randes wird so
gewählt, dass der sichtbare Bereich für den Betrachter
der Verbundglasscheibe nicht gestört wird.
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Für
eine Anzeigevorrichtung stellt die Erfindung auch eine Anzeigevorrichtung
mit einem Display bzw. einer Displayvorrichtung und einer Vorsatzscheibe
zur Verfügung, wobei die Vorsatzscheibe als erfindungsgemäße
Einrichtung mindestens ein scheibenförmiges Element mit
aufgebrachtem Polarisator umfasst und zwischen dem Display bzw.
der Displayvorrichtung und der Vorsatzscheibe ein Zwischenraum angeordnet
ist. Als Anzeigevorrichtungen kommen insbesondere Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
in Betracht, aber auch andere Anzeigevorrichtungen, in denen das
vom Display emittierte Licht stark polarisiert abgestrahlt wird.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand der Figuren beschrieben werden:
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Es
zeigen:
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1a–1d den
prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Einrichtung
mit integriertem Polfilter;
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2a–2b den
prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Einrichtung
mit integriertem Polfilter und zusätzlicher IR-Schutzeinrichtung;
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3 Aufbau
einer LC-Anzeigevorrichtung für Anwendung mit direkter
Sonneneinstrahlung mit einer erfindungsgemäßen
Einrichtung gemäß einer der 1a–1d oder 2a–2b;
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4 die
Transmissionskurven eines erfindungsgemäßen zwischen
zwei 4 mm Floatgläser laminierten Polfilters bei paralleler
(gleicher) Ausrichtung des Polfilters mit dem Analysator und senkrecht
dazu in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
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5 die
Reflexionskurven eines erfindungsgemäßen zwischen
zwei einseitig entspiegelte 4 mm Floatgläser laminierten
Polfilters bei paralleler (gleicher) Ausrichtung des Polfilters
mit dem Analysator und senkrecht dazu in Abhängigkeit von
der Wellenlänge.
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1a–1d sowie 2a–2b zeigen
den Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung.
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1 bezeichnet
das erste scheibenförmige Element. In 1a wurde
der Polarisationsfilter 5 wurde mittels einer Adhäsionsschicht 3 direkt
mit dem ersten scheibenförmige Element verbunden.
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1b zeigt
eine erweiterte Lösungsvariante, bei der der Polfilter 5 mittels
zwei Füllmaterialien 7 und 9 zwischen
zwei scheibenförmige Elemente 1 und 2 eingebracht
wurde. Der Polfilter 5 bildet zusammen mit den beiden scheibenförmigen
Elementen 1 und 2 einen Verbund bzw. eine Verbundscheibe.
Um den Verbund auszubilden, wird in den Zwischenraum zwischen den
beiden Scheiben 1 und 2 ein festes oder flüssiges
Füllmaterial 7 und 9, insbesondere ein
Polymermaterial oder eine verfestigte anorganische Substanz eingebracht. Im
Gegensatz zu einem Isolierglas-Verbund bei dem zwei Scheiben durch
einen Zwischenraum mit einem gasförmigen Medium voneinander
getrennt angeordnet sind, liegen bei der erfindungsgemäßem
Einrichtung die scheibenförmigen Elemente 1 und 2 über
das Füllmaterial 7 und 9 und den Polfilter 5 direkt
aneinander an, ergebend ein Verbundglaselement.
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Um
im sichtbaren Wellenlängenbereich eine hohe Transmission
Tvis von der Anzeigevorrichtung durch die
Einrichtung 10 zum Betrachter zu erreichen und um eine
niedrige Reflexion Rvis des auf die Einrichtung 10 von
einer oder beiden Seiten einfallenden Lichtes zu erreichen, die
bevorzugt Rvis < 2%, insbesondere < 1% beträgt, können
wie in 1c und 1d dargestellt
oxidische und/oder leitfähige oxidische Anpassungsschichten 300, 301, 302, 303 vorgesehen
sein, die die Reflektivität Rvis innerhalb
der Einrichtung bzw. des Verbundglaselementes 10 minimieren.
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2a und
2b stellen
die Kombination der in
1 gezeigten
Polfilter mit zusätzlichen IR reflektierenden Beschichtungen
dar, die in den Aufbau eingebracht werden können.
2a zeigt
exemplarisch die Schicht
201, die beispielsweise eine XIR
Sonnenschutzfolie darstellen kann sowie in
2b eine
Schicht
202, die beispielsweise durch eine low-E Schicht
realisiert werden kann. Bei Einbringung einer low-E Schicht in das System
gelten die gesamten Voraussetzungen, wie Sie in der Anmeldung
DE 102009051116 der
Fa. SCHOTT AG angegeben wurden.
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Die
Ausbildung einer IR-reflektierenden Beschichtung, insbesondere einer
low-E Beschichtung auf der Basis von Silberschichten ist in Hans-Joachim
Gläser, „Dünnfilmtechnologie auf Flachglas",
S. 167–171, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich
in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird, eingehend beschrieben.
Während auch andere Metalle wie Gold oder Aluminium als
IR-reflektierende Beschichtungen möglich sind, wird Silber
wegen seiner guten Farbwirkung bevorzugt.
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Bei
einer Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung
insbesondere im Außenbereich für Anzeigevorrichtungen
ist es vorteilhaft, wenn zur Erhöhung des Kontrastes bei
Einstrahlung von direktem Sonnenlicht die Außenseite AUSSEN,
das heißt die zur Luft gerichtete Seite 11 der
Einrichtung mit einer Entspiegelungsbeschichtung beziehungsweise
einer Antireflexbeschichtung 300, 302 versehen
ist. Selbstverständlich könnte auch die Innenseite
INNE, das heißt die der Anzeigevorrichtung zugewandte Seite 12 der
Einrichtung mit einer Entspiegelungsbeschichtung beziehungsweise
einer Antireflexbeschichtung 301, 303 versehen
sein. Für eine optimale Wirkung sollte jede der Grenzflächen
zwischen scheibenförmigen Material 1, 2 bzw.
Polfilter 5 und Umgebungsluft bzw. Luft/Gasfüllung
des Zwischenraums 102 mit einer Antireflexbeschichtung
versehen sein.
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Als
Entspiegelungsbeschichtung oder Antireflexbeschichtung, kommen bspw.
mit Sol-Gel-Verfahren oder Sputterverfahren hergestellte Entspiegelungsbeschichtungen
zum Einsatz. Nachfolgend sollen zwei Ausführungsbeispiele
für derartige Entspiegelungs- beziehungsweise Antireflexbeschichtungen
angegeben werden:
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Beispiel 1:
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Einseitige Antireflexbeschichtung, hergestellt
nach dem Sol-Gel-Verfahren:
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Die
Beschichtung besteht aus jeweils drei Einzelschichten und besitzt
die Struktur: Substrat + M + T + S. Die mit T gekennzeichnete Einzelschicht
enthält Titandioxid TiO2, die mit
S gekennzeichnete Einzelschicht enthält Siliziumdioxid
SiO2 und die mit M gekennzeichnete Einzelschicht
wird jeweils aus S- und T-Mischlösungen gezogen. Das Floatglassubstrat
wird vor der Beschichtung sorgfältig gereinigt. Die Tauchlösungen
werden jeweils in auf 28°C klimatisierten Räumen
bei einer Luftfeuchtigkeit von 5–10 g/m3 aufgetragen,
die Ziehgeschwindigkeiten betragen für die Einzelschichten
MIT/S ca. 275/330/288 mm/min. Auf das Ziehen einer jeden Gel-Schicht
folgt ein Ausheizprozess an Luft. Die Ausheiztemperaturen und Ausheizzeiten
betragen 180°C/20 min nach Herstellung der ersten Gel-Schicht
sowie 440°C/60 min nach der Herstellung der zweiten und
dritten Gel-Schicht. Im Falle der T-Schichten setzt sich die Tauchlösung
(pro Liter) zusammen aus: 68 ml Titan-n-Butylat, 918 ml Ethanol
(abs.), 5 ml Acetylaceton und 9 ml Ethyl-Butylacetat. Die Tauchlösung
zur Herstellung der S-Schicht enthält: 125 ml Kieselsäure
Methylester, 400 ml Ethanol (abs.), 75 ml H2O (dest.), 7,5 ml Essigsäure und
wird nach einer Ruhezeit von ca. 12 Stunden mit 393 ml Ethanol (abs.)
verdünnt. Die Beschichtungslösungen zur Herstellung
der Oxide mit mittlerem Brechungsindex werden durch Mischung der
S + T-Lösungen präpariert. Die mit M gekennzeichnete
Schicht wird aus einer Tauchlösung mit einem Siliziumdioxid-Gehalt
von 5,5 g/l und einem Titandioxid-Gehalt von 2,8 g/l gezogen. Der
angewandte nasschemische Sol-Gel-Prozess erlaubt als Tauchverfahren
die wirtschaftliche Beschichtung großer Flächen,
wobei zwei Scheiben vor dem Tauchvorgang miteinander verklebt werden,
damit die notwendige einseitige Entspiegelungswirkung erzielt wird.
Der Kleber ist so gewählt, dass er bei 440°C innerhalb
der oben beschriebenen Einbrennzeit verbrennt, so dass die Scheiben
den Prozess getrennt verlassen.
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Beispiel 2:
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Einseitige Antireflexbeschichtung, hergestellt
nach dem Sputterverfahren:
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Die
Beschichtung wird in einer Durchlaufanlage mit einem MF Sputterprozess
durch Magnetronsputtern beschichtet, wobei das Substrat auf einem
sogenannten Carrier positioniert und auf diesem durch die Sputteranlage
transportiert wird. Innerhalb der Beschichtungsanlage wird das Substrat
zunächst zur „Entwässerung” der
Oberflächen auf ca. 150°C vorerwärmt.
Anschließend wird ein Antireflex-System (als Beispiel bestehend
aus vier Schichten) wie folgt hergestellt:
- A)
Sputtern einer hochbrechenden Schicht A mit einem Vorschub von 1,7
m/min, wobei der Carrier vor der Sputterquelle pendelt und währenddessen
eine Schicht von 30 nm Dicke abgeschieden wird. Die Schichtherstellung
erfolgt durch Zugabe von Argon und Reaktivgas unter Regelung des
Reaktivgases auf eine Plasmaimpedanz. Der Prozessdruck wird insbesondere
durch die Menge an Argon bestimmt, welcher zu typischen Prozessdrücken
im Bereich zwischen 1*E-3 und 1*E-2 mbar führt. Die Abscheidung
im Plasma erfolgt über eine Pulsung.
- B) Sputtern einer niedrigbrechenden Schicht B mit einem Vorschub
von 2,14 m/min. Hierbei wird eine Schicht der Dicke 30,5 nm hergestellt.
Die Schichtherstellung erfolgt entsprechend der Abscheidung unter Schicht
1.
- C) Sputtern einer hochbrechenden Schicht entsprechend Schicht
A. Hier wird bei einem Vorschub von 0,9 m/min eine Schicht der Dicke
54 nm hergestellt.
- D) Sputtern einer niedrigbrechenden Schicht gemäß Schicht
B. Bei einem Vorschub von 0,63 m/min wird eine Schicht der Dicke
103 nm hergestellt. Anschließend wird das beschichtete
Substrat mit dem Carrier über eine Transferkammer ausgeschleust.
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Mit
den Entspiegelungs- beziehungsweise Antireflexbeschichtungen, wie
oben beschrieben, kann ein Kontrast, der als Tvis/Rvis definiert ist, im Bereich 10 bis 60, bevorzugt
20 bis 60, insbesondere 40 bis 50 bei Normlicht erreicht werden,
wobei bei nicht entspiegelten Scheiben die Kontrastwerte geringer
als 7 sind. Rvis bezeichnet den Reflexionsgrad
einer Schicht bei Normlicht D65, Tvis den
Transmissionsgrad. d. h. den Reflexionsgrad bzw. Transmissionsgrad
im sichtbaren Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm.
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In 3 ist
eine Anzeigevorrichtung 120 mit einer erfindungsgemäßen
Einrichtung als Vorsatzscheibe 101 für ein Display,
hier eine Flüssigkristallanzeige 130 dargestellt.
Wie in 2b gezeigt und hier beispielhaft verwendet,
ist die erfindungsgemäße Einrichtung mit einem
ersten scheibenförmigen Element 1 und einem zweiten
scheibenförmigen Element 2 sowie einem dazwischenliegenden
Polfilter 5 und einer dazwischenliegenden IR-reflektierenden
Schicht 202 und einer auf die Außenseite der ersten
Scheibe aufgebrachten Antireflex- beziehungsweise Entspiegelungsbeschichtung 302 und
einer auf die Außenseite der zweiten Scheibe aufgebrachten
Antireflex- beziehungsweise Entspiegelungsbeschichtung 303 versehen.
Die hinter der als Vorsatzscheibe 101 ausgebildeten Einrichtung
liegende Flüssigkristallanzeigevorrichtung 130 umfasst
ohne Beschränkung hierauf einen zwischen zwei Scheiben 131, 132 eingebrachten
Flüssigkristall 133 sowie Leuchtmittel 136.
Zu den Leuchtmitteln 136 hin ist an der Rückseite
der Scheibe 131 ein hinterer Polarisator 134 angebracht
und an der Vorderseite der Scheibe 132 ist ein vorderer
Polarisator 135 der Flüssigkristallanzeige 130 angebracht.
Alternativ kann dieser vordere Polarisator 135 auch entfallen,
wobei dessen Funktion in dieser Ausführung dann durch den
Polfilter 5 der Vorsatzscheibe 101 übernommen
wird. Die gesamte Flüssigkristallanzeige 130 ist
in ein Gehäuse 137 integriert. Die Flüssigkristallanzeige 130 ist
nur eine mögliche Anzeige, andere mögliche Anzeigen
umfassen ansteuerbare LED oder auch OLED. Obwohl eine Flüssigkristallanzeige angegeben
ist, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt.
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Die
erfindungsgemäße Einrichtung als Vorsatzscheibe 101 verhindert
weitgehend, dass Licht der Sonne 150 den Zwischenraum 102 zwischen
der Vorsatzscheibe und der Flüssigkristallanzeige 130 aufheizt. Nichts
desto trotz ist es aber aufgrund der eigenen Wärmeentwicklung
der Flüssigkristallanzeige 130 notwendig, diese
aktiv mit einer Kühleinrichtung 160 zu kühlen.
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Die
Kühleinrichtung 160 kann jedoch wesentlich kleiner
dimensioniert werden als im Stand der Technik, da ein Wärmeeintrag
aufgrund der Sonnenbestrahlung zwischen die Scheibe und die Flüssigkristallanzeige
nicht stattfindet.
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Die 4 zeigt
die Transmission für Einrichtungen mit eingebrachtem Polarisator
und unterschiedlichen Schichtsystemen über einer Wellenlänge
von 400 nm bis 2000 nm.
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Es
zeigt die Kurve 500 die Transmission für eine
Einrichtung 10 aus einem Polarisator, der mittels Polyurethanfolie
zwischen zwei scheibenförmigen, transparenten Elementen
der Dicke 4 mm einlaminiert wurde, analog zum Aufbau in Zeichnung
1b. Die Transmission in dieser Kurve liegt im Bereich 430 nm bis
oberhalb 750 nm oberhalb von 60% Transmission. Die Kurve 501 stellt
denselben Aufbau wie Kurve 500 dar, wobei die Probe um
90° gedreht wurde. Die Transmission liegt hier im Bereich
430 nm bis 750 nm unterhalb 10%, in weiten Teilen sogar unterhalb
1% Transmission.
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Die
5 zeigt
die Reflexion für Einrichtungen mit eingebrachtem Polarisator
und unterschiedlichen Schichtsystemen über einer Wellenlänge
von 400 nm bis 2000 nm. Durch die eingebrachten Antireflexionschichten
(
302,
303) entsprechend einem Aufbau in Zeichnung
1d auf den Außenseiten des Laminates wird die Gesamtreflexion
der Einrichtung
10 gegenüber Reflexion unter Verwendung
eines unbeschichteten Floatglases mit ca. 8% im sichtbaren Bereich
des Lichtes zwischen 380 nm und 780 nm deutlich herabgesenkt.
| System | Rvis (D65)
Gemessen mit unpolarisierter Strahlung | Tvis (D65)
Gemessen mit Strahlung parallel
zur Polarisationsrichtung des Polfilters | Tvis (D65)
Gemessen mit Strahlung senkrecht
zur Polarisationsrichtung des Polfilters | Tvis (D65)
Gemessen mit unpolarisierter Strahlung | Verhältnis
Tvis (D65, unpolarisiert) zu Tvis (D65,
parallel) |
| CONTURAN Entspiegelungsbeschichtung
(302, 303) wie Fig. 1d ohne Polfilter 5
| 1% | 96% | 96% | 96% | 1,0 |
| CONTURAN Entspiegelungsbeschichtung
(302, 303) mit laminiertem Polfilter 5 (Fig. 1d) | 0,9% | 83,6% | 1,1% | 44% | 0,53 |
Tabelle
1: Reflexionen und Transmissionen von CONTURAN mit Polfilter gemäßFig.
1d und zum Vergleich CONTURAN ohne Polfilter
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In
Tabelle 1 sind die Daten für die Reflexionen und Transmissionen
von CONTURAN der Firma Schott AG mit Polfilter gemäß 1d und
CONTURAN ohne Polfilter im Vergleich dargestellt. Man erkennt, dass
im Falle des Aufbaus ohne Polfilter das Sonnenlicht (unpolarisiert)
zu 96% durch das Glas hindurchgeht und das hinterliegende LC-Display
aufheizt (Diese Betrachtung gilt für den Anteil der Sonnenstrahlung,
der sichtbar ist, also von 380 nm bis 780 nm). Gleichzeitig kann
das vom LC-Display emittierte Licht ebenfalls zu demselben Prozentsatz
das Glas passieren und zum Betrachter gelangen. Sobald ein Polfilter
eingesetzt wird, werden nur 44% des unpolarisierten, sichtbaren
Sonnenlichtes transmittiert, während die Strahlung des
IC-Displays, die definitionsgemäß entlang der
parallelen Polarisationsrichtung ausgerichtet ist, zu 83,6% die
Einrichtung 10 passieren. Die Transmission der Strahlung
vom LC-Display zum Betrachter wird also nur wenig gedämpft.
Das Verhältnis Tvis (D65, unpolarisiert)
zu Tvis (D65, parallel) gibt an, dass mit
dieser Lösung effektiv nur 53% der sichtbaren Strahlung
des Sonnenlichtes auf das Display gelangen. Damit wird das Display
merklich weniger aufgeheizt.
-
Gleichzeitig
kann durch die niedrige Reflexion Rvis der
Einrichtung 10 von nur 0,9% gemäß Tabelle
1 erreicht werden, dass störende Reflexe des Sonnenlichtes
beim Betrachten des Bildes auf dem LCD-Bildschirm unterdrückt
werden. Der Aufbau erreicht damit sogar leicht verbesserte Werte,
gegenüber den standardmäßigen Aufbauten
von Displayeinrichtungen mit entspiegelten Gläsern.
-
Durch
die erfindungsgemäße Einrichtung ist es erstmals
möglich, einen hohen optischen Kontrast, d. h. das Verhältnis
der gewünschten Strahlung von der Anzeigevorrichtung gegenüber
der störenden Reflexion des Sonnenlichtes, im sichtbaren
Wellenlängenbereich, insbesondere bei einer Außenanwendung
zu erreichen, ohne die Helligkeit der Anzeigevorrichtung nennenswert
zu vermindern und gleichzeitig den Wärmeeintrag insbesondere über
eine Sonneneintrahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich
zu vermindern. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Herstellbarkeit,
da Standardprozesse und Folien zur Realisierung der beschriebenen Erfindung
eingesetzt werden können
-
Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes
scheibenförmiges Element
- 2
- zweites
scheibenförmiges Element
- 3
- Adhäsionsschicht
- 5
- Polfilter
- 7,
9
- Füllmaterial
- 10
- Erfindungsgemäße
Einrichtung
- 11,
12, 13
- Außenseiten
der Einrichtung
- 101
- Vorsatzscheibe
für eine Anzeigevorrichtung
- 102
- Zwischenraum
- 120
- Anzeigevorrichtung
- 130
- Flüssigkristallanzeigevorrichtung
- 131,
132
- Scheiben
einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
- 133
- Flüssigkristall
- 134
- hinterer
Polarisator
- 135
- vorderer
Polarisator
- 136
- Leuchtmittel
- 137
- Gehäuse
- 150
- Sonne
- 160
- Kühleinrichtung
- 201,
202
- IR
reflektierende Beschichtungen
- 300,
301, 302, 303
- Entspiegelungsbeschichtung
Transmissionskurve eines zwischen zwei 4 mm Floatgläser
- 500
- einlaminierten
Polfilters mit paralleler (gleicher) Ausrichtung des Polfilters
zum Analysator Transmissionskurve eines zwischen zwei 4 mm Floatgläser
- 501
- einlaminierten
Polfilters mit senkrechter Ausrichtung des Polfilters zum Analysator
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102009051116 [0013, 0048]
- - EP 1248959 A [0027]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Hans-Joachim
Gläser, „Dünnfilmtechnologie auf Flachglas”,
S. 167–171 [0049]