RU2645450C1 - Screen with controlled transparency - Google Patents
Screen with controlled transparency Download PDFInfo
- Publication number
- RU2645450C1 RU2645450C1 RU2016148494A RU2016148494A RU2645450C1 RU 2645450 C1 RU2645450 C1 RU 2645450C1 RU 2016148494 A RU2016148494 A RU 2016148494A RU 2016148494 A RU2016148494 A RU 2016148494A RU 2645450 C1 RU2645450 C1 RU 2645450C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transparent
- matrix
- light
- screen
- anisotropic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/206—Filters comprising particles embedded in a solid matrix
-
- 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
- G02F1/19—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 variable-reflection or variable-refraction elements not provided for in groups G02F1/015 - G02F1/169
-
- 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
- G02F1/17—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 variable-absorption elements not provided for in groups G02F1/015 - G02F1/169
-
- 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
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/07—Polarisation dependent
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптике, в частности к экранам (покрытиям) с управляемыми рассевающими свойствами, и может быть использовано для изготовления стекол, пленок и покрытий с управляемой прозрачностью, применяемых в производстве окон, демонстрационных экранов, очков и т.п.The invention relates to optics, in particular to screens (coatings) with controlled scattering properties, and can be used for the manufacture of glasses, films and coatings with controlled transparency used in the manufacture of windows, demonstration screens, glasses, etc.
Широко известны электрохромные (электрооптические) покрытия, экраны и пленки, общим недостатком которых является необходимость поддержания разности потенциалов на встроенных электродах для обеспечения прозрачности.Electrochromic (electro-optical) coatings, screens and films are widely known, the common disadvantage of which is the need to maintain a potential difference on the built-in electrodes to ensure transparency.
Известны два типа электрооптических материалов: PDLC-материалы и GDLC-материалы.Two types of electro-optical materials are known: PDLC materials and GDLC materials.
PDLC-материалы - это композитные пленки, в которых микроскопические капли нематических жидких кристаллов распределены в матриксе случайным образом и их диаметр близок к длине волны видимого света, что приводит к сильному рассеянию света в видимой области спектра.PDLC materials are composite films in which microscopic droplets of nematic liquid crystals are randomly distributed in the matrix and their diameter is close to the wavelength of visible light, which leads to strong light scattering in the visible region of the spectrum.
GDLC-материалы - это класс гибридных электрооптических пленочных материалов, состоящих из твердого неорганического стекла или органически модифицированного неорганического стеклянного матрикса и диспергированных в них микрокапель жидких кристаллов.GDLC materials are a class of hybrid electro-optical film materials consisting of solid inorganic glass or an organically modified inorganic glass matrix and microdroplets of liquid crystals dispersed in them.
Подробная информация о PDLC- и GDLC-материалах приведена, например, в [EA 020820 B1, МПК8 C09K 19/52, C09K 19/54, G02F 1/133, G02F 1/1333, G02F 1/1334, G02F 1/1343, G02F 1/139, C09D 183/04, B05D 1/02, B05D 1/34, C09D 4/00].Detailed information on PDLC and GDLC materials is given, for example, in [EA 020820 B1, IPC 8 C09K 19/52, C09K 19/54, G02F 1/133, G02F 1/1333, G02F 1/1334, G02F 1/1343 , G02F 1/139, C09D 183/04, B05D 1/02, B05D 1/34, C09D 4/00].
В PDLC- и GDLC-материалах электрооптический эффект индуцируется путем помещения соответствующего материала между двумя электропроводными прозрачными электродами. В качестве таких электродов обычно используются тонкие пленки оксида индия-олова. В обычных условиях коэффициент преломления жидких кристаллов будет очень близок к коэффициенту преломления стеклянного матрикса. В этом случае, когда к пленке приложено электрическое поле, значения коэффициента преломления стеклянного матрикса и эффективного коэффициента преломления жидких кристаллов будут совпадать друг с другом и поэтому свет не будет преломляться и рассеиваться в материале, и материал будет прозрачным. Если электрическое поле на материал не подается, то ориентация молекул жидких кристаллов в различных микрокаплях будет различной под влиянием тепловой энергии и сил, действующих между поверхностью жидких кристаллов и поверхностями микропор. В этом случае ориентация молекул жидких кристаллов по отношению к направлению падения света в разных микрокаплях будет различной, и коэффициент преломления жидких кристаллов для выбранного луча света будет отличаться от коэффициента преломления стеклянного матрикса. В результате этого возникнет преломление, и свет будет рассеиваться.In PDLC and GDLC materials, the electro-optical effect is induced by placing the corresponding material between two electrically conductive transparent electrodes. Thin films of indium tin oxide are usually used as such electrodes. Under ordinary conditions, the refractive index of liquid crystals will be very close to the refractive index of the glass matrix. In this case, when an electric field is applied to the film, the refractive index of the glass matrix and the effective refractive index of the liquid crystals will coincide with each other and therefore the light will not be refracted and scattered in the material, and the material will be transparent. If an electric field is not supplied to the material, then the orientation of the liquid crystal molecules in different microdroplets will be different under the influence of thermal energy and the forces acting between the surface of the liquid crystals and the surfaces of the micropores. In this case, the orientation of the liquid crystal molecules with respect to the direction of light incidence in different microdroplets will be different, and the refractive index of liquid crystals for the selected light beam will differ from the refractive index of the glass matrix. As a result, refraction will occur and the light will be scattered.
Соответственно в качестве прототипа выбрано электрооптическое слоистое устройство с изменяемой прозрачностью, раскрытое в вышеупомянутом патенте EA 020820 B1, состоящее из субстрата, первых прозрачных электродов, снабженных электрическими контактами, слоя, частично выполненного из матрикса (матрицы) с диспергированными в нем частицами жидких кристаллов и частично выполненного из не проводящего электричество материала, не содержащего частицы жидких кристаллов, слоя диэлектрического материала, второго прозрачного электрода с электрическим контактом и защитного слоя, образующих серию последовательных слоев. Основой данного устройства является слой из прозрачного материала (изотропного материала) матрицы и диспергированных в нем [анизотропных] частиц. Указанному устройству присущ тот же недостаток, что есть у всех электрооптических материалов - необходимость подачи электрического поля (разности потенциалов) для обеспечения прозрачности. Между тем, как во многих случаях требуется материал, прозрачный большую часть времени. Кроме того, существует спрос на материалы, обладающие избирательной пропускной способностью.Accordingly, an electro-optical layered device with variable transparency, disclosed in the aforementioned patent EA 020820 B1, consisting of a substrate, first transparent electrodes equipped with electrical contacts, a layer partially made of a matrix (matrix) with liquid crystal particles dispersed in it and partially made of a non-conductive material that does not contain particles of liquid crystals, a layer of dielectric material, a second transparent electrode with an electric m contact and the protective layer, forming a series of successive layers. The basis of this device is a layer of a transparent material (isotropic material) of the matrix and [anisotropic] particles dispersed in it. This device has the same drawback that all electro-optical materials have - the need to supply an electric field (potential difference) to ensure transparency. Meanwhile, as in many cases material is required, transparent most of the time. In addition, there is a demand for materials with selective throughput.
Задачей настоящего изобретения являлось создание светопропускающих слоев (экранов) с управляемой прозрачностью на основе комбинации изотропных и анизотропных оптических материалов.The present invention was the creation of light transmitting layers (screens) with controlled transparency based on a combination of isotropic and anisotropic optical materials.
Созданное новое техническое решение позволит решить задачу получения плоских поверхностей (экранов) с управляемыми в широких пределах рассеивающими свойствами: от полностью прозрачного (не рассеивающего слоя) до эффективно рассеивающего слоя, через который нельзя построить изображение объекта (нельзя видеть объекты).The created new technical solution will allow us to solve the problem of obtaining flat surfaces (screens) with scattering properties that can be controlled to a wide extent: from a completely transparent (non-scattering layer) to an efficiently scattering layer through which it is impossible to construct an image of an object (objects cannot be seen).
Указанная задача решается экраном с управляемой прозрачностью, представляющим собой слой прозрачной матрицы с диспергированными частицами, причем материал матрицы и материал диспергированных частиц характеризуются различными оптическими свойствами, в котором, согласно предложению, в качестве материала матрицы применен оптически анизотропный материал, имеющий два коэффициента преломления ne и n0, а в качестве материала диспергированных частиц применен прозрачный оптически изотропный материал, имеющий коэффициент преломления nb, при этом материалы подобраны таким образом, что nb=n0, а оптическая ось анизотропного материала матрицы выбрана параллельно плоскости поверхности экрана.This problem is solved by a screen with controlled transparency, which is a layer of a transparent matrix with dispersed particles, moreover, the matrix material and the material of the dispersed particles are characterized by various optical properties, in which, according to the proposal, an optically anisotropic material with two refractive indices n e is used and n 0 , and a transparent optically isotropic material having a refractive index n b , pr and this materials are selected so that n b = n 0 , and the optical axis of the anisotropic matrix material is selected parallel to the plane of the screen surface.
Возможно покрытие (экран) любой формы, но искривление поверхности даст изменение конечной картины проходящего излучения. Сложные формы могут быть нужны лишь в конкретных технических решениях.It is possible to cover (screen) of any shape, but the curvature of the surface will give a change in the final picture of the transmitted radiation. Complex forms may be needed only in specific technical solutions.
Диспергированные частицы должны быть распределены максимально однородно. При наличии значительных неоднородностей будут происходить локальные изменения оптической прозрачности, т.е. конечная картина проходящего излучения будет не однородна.Dispersed particles should be distributed as uniformly as possible. In the presence of significant inhomogeneities, local changes in optical transparency will occur, i.e. The final picture of transmitted radiation will not be uniform.
Оптически анизотропный материал может быть изготовлен из композитных материалов на основе полимеров, описанных, например, в патентах US 6881454 B2, US 8293134 B2.An optically anisotropic material can be made of composite materials based on polymers described, for example, in patents US 6881454 B2, US 8293134 B2.
Экран может быть совмещен с линейным поляризационным фильтром, позволяющим менять прозрачность покрытия путем изменения угла поляризации падающего или прошедшего света.The screen can be combined with a linear polarizing filter, which allows you to change the transparency of the coating by changing the angle of polarization of the incident or transmitted light.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами.The claimed technical solution is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показана схема рассеяния света при nm=ne≠nb (поляризация падающего света направлена параллельно оптической оси); на фиг. 2 показано прохождение света при nm=n0=nb (поляризация падающего света направлена перпендикулярно оптической оси); на фиг. 3 показано прохождение света с круговой поляризацией.In FIG. 1 shows a scattering scheme for n m = n e ≠ n b (the polarization of the incident light is parallel to the optical axis); in FIG. 2 shows the passage of light at n m = n 0 = n b (the polarization of the incident light is directed perpendicular to the optical axis); in FIG. 3 shows the passage of light with circular polarization.
Рассеивание света происходит в прозрачном слое, если слой оптически неоднороден. В нашем случае, это будет происходить, если коэффициент преломления материала матрицы 1, в который диспергированы частицы 2, отличается от коэффициента преломления света в частицах 2. nm=ne≠nb (см. Фиг. 1).Light scattering occurs in a transparent layer if the layer is optically inhomogeneous. In our case, this will happen if the refractive index of the material of the
Угловой спектр интенсивности рассеянного излучения I(θ) от плоской световой волны за поверхностью с прозрачными частицами 2 с коэффициентом преломления nb, случайно распределенными внутри прозрачного слоя (матрицы) 1, изготовленного из материала с коэффициентом преломления nm, имеет следующий вид:The angular spectrum of the intensity of the scattered radiation I (θ) from a plane light wave behind a surface with
I(θ)=(ρ(nb-nm)hC1/3k)2[J1(kρsinθ)/(kρsinθ)]2,I (θ) = (ρ (n b -n m ) hC 1/3 k) 2 [J 1 (kρsinθ) / (kρsinθ)] 2 ,
где ρ - размер частиц 2, C - концентрация частиц 2, h - толщина прозрачного слоя (матрицы) 1, k=2π/λ - волновое число, λ - длина волны падающего света, θ - угол рассеяния световой волны, J1 - функция Бесселя первого рода. Таким образом, при размерах частиц 1 ρ~1 мкм и длине волны λ~0.5 мкм эффективное рассеяние будет, при kρ sinθ≤1,22π. Соответственно угол рассеяния будет составлять 75°. При этом эффективное рассеяние возникает, если (ρ(nb-nm)hC1/3k>2π. Тогда при концентрации C=0,5 мкм-3 и nb-nm=0.05, толщина покрытия h должна быть более 13 мкм.where ρ is the
Если nm=n0=nb, то угол рассеяния равен нулю и экран будет прозрачным.If n m = n 0 = n b , then the scattering angle is zero and the screen will be transparent.
В предлагаемом решении используется светопропускающий экран (слой), созданный на основе оптически анизотропного материала 1, имеющего два коэффициента преломления ne и n0, внутри которого распределены прозрачные частицы 2 из оптически изотропного материала с коэффициентом преломления nb=n0. Оптически анизотропный материал 1 имеет оптическую ось, направление которой определяет анизотропные свойства двойного лучепреломления. Если поляризация света направлена перпендикулярно оптической оси, то коэффициент преломления анизотропной среды равен n0. Если поляризация света направлена параллельно оптической оси, то коэффициент преломления анизотропной среды равен ne.The proposed solution uses a light-transmitting screen (layer) created on the basis of optically
Экран (слой) будет прозрачным (фиг. 2), когда поляризация света направлена перпендикулярно оптической оси, так как в этом случае коэффициенты преломления частиц 1 и матрицы 2, в которую они заключены, совпадают nb=n0. Экран будет максимально рассеивающим и не прозрачным, когда поляризация света направлена параллельно оптической оси (фиг. 1), так как в этом случае nb≠ne. При плавном повороте угла поляризации прозрачность экрана будет плавно меняться от полностью прозрачного до максимально не прозрачного.The screen (layer) will be transparent (Fig. 2) when the polarization of light is directed perpendicular to the optical axis, since in this case the refractive indices of
Рассмотрим также случай, когда падающий свет имеет круговую поляризацию (фиг. 3). Жирными сплошными и пунктирными стрелками обозначен падающий свет, на выходе разбивающийся на лучи с разными линейными поляризациями. Вследствие двойного лучепреломления в оптически анизотропной среде 1 образуются обыкновенные (сплошные жирные стрелки) и необыкновенные световые лучи (пунктирные стрелки). Обыкновенные световые лучи пройдут сквозь всю структуру покрытия (частицы 2) и не изменят направления своего распространения, так как коэффициент преломления света в частицах 2 и коэффициент преломления обыкновенного луча в оптически анизотропном материале 1 совпадают - nb=n0. Необыкновенные световые лучи будут рассеиваться на частицах 2 в силу того, что коэффициент преломления света в частицах 2 nb и коэффициент преломления необыкновенного луча в оптически анизотропном материале ne различаются ne≠nb, тонкими сплошными стрелками обозначены типы поляризации света (на входе свет с круговой поляризацией). В результате наблюдатель за поверхностью увидит размытую картинку (непрозрачную матовую поверхность).Consider also the case when the incident light has circular polarization (Fig. 3). Bold solid and dashed arrows indicate the incident light, which at the output is broken into rays with different linear polarizations. Due to birefringence in optically
Но если установить поляризационный фильтр между наблюдателем и поверхностью, то поверхность окажется прозрачной, когда фильтр будет пропускать только обыкновенные световые лучи (горизонтальна поляризация).But if you install a polarizing filter between the observer and the surface, then the surface will be transparent when the filter will transmit only ordinary light rays (horizontal polarization).
Если фильтра не будет, или он будет выключен, или переключен в состояние, когда проходят только необыкновенные лучи, то поверхность будет не прозрачной.If there is no filter, or it will be turned off, or switched to a state where only extraordinary rays pass, then the surface will not be transparent.
Таким образом, светопропускающий экран (слой), описанный в настоящем изобретении, позволяет менять его рассевающие свойства в зависимости от поляризации падающего (либо прошедшего) света.Thus, the light-transmitting screen (layer) described in the present invention, allows you to change its scattering properties depending on the polarization of the incident (or transmitted) light.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016148494A RU2645450C1 (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Screen with controlled transparency |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016148494A RU2645450C1 (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Screen with controlled transparency |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2645450C1 true RU2645450C1 (en) | 2018-02-21 |
Family
ID=61258942
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016148494A RU2645450C1 (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Screen with controlled transparency |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2645450C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20010030804A1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-10-18 | Nicolaas Lambert | Projection screen |
US20100103335A1 (en) * | 2007-03-13 | 2010-04-29 | Cees Bastiaansen | Polarization selective scattering security device and method for manufacturing the same |
US20160217750A1 (en) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | Samsung Display Co. Ltd. | Display apparatus |
-
2016
- 2016-12-12 RU RU2016148494A patent/RU2645450C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20010030804A1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-10-18 | Nicolaas Lambert | Projection screen |
US20100103335A1 (en) * | 2007-03-13 | 2010-04-29 | Cees Bastiaansen | Polarization selective scattering security device and method for manufacturing the same |
US20160217750A1 (en) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | Samsung Display Co. Ltd. | Display apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ren et al. | Tunable-focus microlens arrays using nanosized polymer-dispersed liquid crystal droplets | |
Ren et al. | Tunable-focus flat liquid crystal spherical lens | |
CN108700702B9 (en) | Transmittance variable film | |
US10551716B2 (en) | Lens device | |
KR20180121425A (en) | Light Modulating Device | |
Kawamura et al. | Liquid-crystal micro-lens array with two-divided and tetragonally hole-patterned electrodes | |
KR101474668B1 (en) | Transparent display | |
JP2015200865A (en) | Optical member, polarizing plate set and liquid crystal display apparatus | |
WO2013141051A1 (en) | Display panel and display device | |
Lee et al. | Enhanced contrast ratio and viewing angle of polymer-stabilized liquid crystal via refractive index matching between liquid crystal and polymer network | |
CN112041737A (en) | Light adjusting film and liquid crystal display device | |
Choi et al. | Fast control of haze value using electrically switchable diffraction in a fringe-field switching liquid crystal device | |
KR20150064464A (en) | Inspection apparatus having liquid crystal modulator and manufacturing mehod of liquid crystal modulator | |
US10712618B2 (en) | Electrooptic device based on multiple domain scattering effect | |
KR101684012B1 (en) | A smart window using a glass bead and liquid crystal, and method for production thereof | |
CN206757263U (en) | Display panel and display device | |
RU2645450C1 (en) | Screen with controlled transparency | |
CN111149048B (en) | Variable transmittance device | |
WO2012053477A1 (en) | Liquid crystal display device | |
CN103941431B (en) | Adjustable polarising means and its method, display device | |
RU2707424C1 (en) | Electrically controlled light polarizer based on light scattering anisotropy | |
KR20150050063A (en) | Depolarization film and display device including the same | |
CN115053173A (en) | Switchable filter and use thereof | |
Minasyan et al. | Surface-polymer stabilized liquid crystals with dual-frequency control | |
CN112088331A (en) | Liquid crystal display device having a plurality of pixel electrodes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20220209 |