可切换滤光器及其应用的制作方法

可切换滤光器及其应用


背景技术：

1.近年来，在拓宽lcd视角方面取得了较大进展。然而，在有些情况下，非常大的屏幕的可视范围可能会成为缺点。笔记本电脑及平板计算机等移动设备也越来越多地提供信息，如银行数据或其他个人信息及敏感数据。相应地，需要对谁应该看到该敏感数据进行控制；需要能够在宽视角(公共模式)内进行选择，以例如在观看假日照片时，以及出于广告目的，与他人分享显示器上的信息。另一方面，当希望保持图像信息机密性时，则需要较小视角(私密模式)。
2.汽车工程遇到了类似问题：发动机启动后驾驶员不应被图像内容如数字娱乐节目分散注意力，而乘客则希望也能在行驶期间消费图像内容。因此，需要一种可在相应的呈现模式之间切换的屏幕。
3.基于微型薄片的附加薄膜已被用于移动显示器，以实现可视数据保护。然而，该薄膜不可切换或不可转换；总是须先用手施覆，而后再移除。当不需要时也须与显示器分开运送。此外，使用此类薄片式薄膜的主要缺点是随之而来的光损失。
4.us6765550b2描述了一种通过微型薄片的防窥保护。较大缺点在于滤光器的机械移除或机械安装以及保护模式下的光损失。
5.us5993940a中描述了使用一种薄膜，该薄膜在其表面具有均匀分布的、小的条带形棱镜，以实现私密模式，即，具有小视角范围的、限制性的视角模式。研发及制造的技术难度相当大。
6.在wo2012/033583a1中，通过控制所谓的“色子(chromonisch)”层间的液晶，实现自由视野与限制性视野间的转换。其间产生光损失，且技术难度相当高。
7.us2012/0235891a1描述了一种屏幕中的、极为复杂的背光灯(backlight)。根据图1及图15，不仅使用了多个导光体，还使用了例如将背面照明光转变为正面照明光的微透镜组件40及棱镜结构50的其他复杂的光学组件。其实现成本高，技术上实施复杂，且同样会带来光损失。根据us2012/0235891a1中如图17所示的变形例，两个光源4r及18均产生具有窄照明角度的光，其中，来自后部光源18的光经过一个复杂的过程后被转变成具有大照明角度的光。如前所述，如此复杂的转换大幅降低了亮度。
8.根据jp2007-155783a，使用了计算及制造均较复杂的光学表面19，其根据光的入射角，将光偏转到不同的或窄或宽的区域。该结构类似于菲涅耳(fresnel)透镜。此外，存在着干扰侧面，使光朝不希望的方向偏转。如此一来，不确定能否实现真正合理的光分布。
9.在us2013/0308185a1中描述一种形成有台阶的特殊导光体，根据该导光体自窄面被照亮的方向，该导光体将光在大面上朝不同方向反射。通过与透射式图像再现装置如lc显示器配合，因此能够产生可在自由视野模式与限制性视野模式间切换的屏幕。其缺点主要在于，限制性视野效果仅能对左/右或上/下产生，但不能同时对左/右/上/下产生，而例如对于某些支付过程来说，此为必要的。此外，即使在限制性视野模式下，从受阻的观看角度仍可看到残余光线。
10.本技术人的wo2015/121398a1描述了一种具有两种工作模式的屏幕，其中，为了实
现工作模式的转换，相应导光体的体积中存在散射粒子。然而，该案所选择的聚合物的散射粒子通常存在如下缺点，即，来自两个大面的光被解耦(ausgekoppelt)，因此，大约一半的有用光被反射到错误方向，即，朝背光方向发射，并且由于结构原因，无法得到足够程度的回收。此外，分布在导光体体积中的聚合物的散射粒子在某些情况下，特别是在较高浓度下，会产生降低保护模式下的防窥效果的散射效应。
[0011]“电双折射(edb)”技术是基于如下构思：利用额外施加的lc面板的可切换液晶来“过滤”所有未以特定的发射角从成像层射出的光束。此技术的缺点在于额外的能源及成本支出，以及难以改变的 /-40
°
的甜蜜点(sweet spot)，即，最佳观看位置。因为对于视角超过甜蜜点，光强衰减再度上升，因此，lc结构的吸收度也不足，使得对于大于 /-40
°
的视角，光强最多为最大光强的3％。
[0012]
上述方法及配置一般均具有如下缺点，即，明显降低基本屏幕的亮度，和/或需要复杂而昂贵的光学组件以进行模式转换，和/或降低可自由观看的公共模式下的分辨率，和/或在显示器分辨率极高时具有视觉假影。


技术实现要素：

[0013]
因此，本发明的目的在于，揭示一种具有光学组件的可切换滤光器，其中，入射于光学组件的光，根据其入射方向及偏振特性(但不受其位置影响地)被透射或者被部分或完全吸收。通过应用该光学组件的可切换滤光器，旨在对光的透射施加与角度有关的(可选地垂直于坐着或站着的观看者)影响，其中，在此，可在至少两种工作状态间转换。对此，特别地，某些方向上的透射角度限制应该是可转换的。
[0014]
该光学组件或基于该光学组件的系统应当能以低成本实现，特别是应当可普遍适用于不同类型的屏幕，以实现(至少存在于相对于站着或坐着的观看者而言水平方向上的)防窥保护(即，限制性视野模式)与自由视野模式间的转换，其中，此种屏幕的分辨率实质上不应降低。
[0015]
在第一技术方案中，此目的通过一种可切换滤光器而达成，其包括本身不可切换的第一光学组件。该光学组件则包括：第一层、或者第一层及多个其他层，优选为五个以上。层中的各个包括：具有多个吸光跃迁偶极矩的材料，其中，每个跃迁偶极矩至少在第一状态下以最大为10
°
的公差平行于对于第一光学组件可选择的第一首选方向而定向或围绕该第一首选方向波动，从而使入射于第一光学组件的光根据其相对于该等层的入射方向及其偏振状态而被透射或至少被部分吸收。
[0016]
跃迁偶极矩(也称跃迁矩阵元)为量子力学向量，并且属于系统即原子、分子或固体的始态(通常为基态)与终态(通常为激发态)之间的特定跃迁，并对应于与此跃迁有关的电偶极矩。向量方向定义了该跃迁的偏振，该偏振又决定了：在从基态跃迁至例如吸收相应的偏振方向的光的激发态时，具有电磁波的系统如何与给定偏振相互作用。向量的绝对值对应于相互作用的强度或跃迁概率。
[0017]
在光的传播方向为给定的情况下，第一首选方向对应于跃迁偶极矩的如下定向：在该定向下，对于光的任意偏振方向，吸收均相同。首选方向为跃迁偶极子在介质中的定向，即，在下文进一步描述的防窥工作模式下，对于介质中此方向上的传播而言，吸收率为最小。
[0018]
作为本发明的意义下的、包含可定向跃迁偶极矩的材料考虑例如二色性染料或与不损害性能的载体材料(例如，液晶或聚合物)相结合的染料混合物。例如，层中的各个可例如仅包含一种染料，其中，该染料针对不同层成对地彼此不同。然而也可以，一个单层中包含数种染料，即，染料混合物。
[0019]
该可切换滤光器还包括：偏振滤光器及用于选择性产生第一电场或第二电场的构件，在入射方向上看，该偏振滤光器布置于第一光学组件的上游或下游。在第一光学组件与偏振滤光器之间设有液晶层，第一电场或第二电场作用于该液晶层，并且该液晶层据此影响通过该液晶层的光的偏振状态。该可切换滤光器可在至少两种工作模式下工作，其中，在施加有第一电场且具有第一子工作模式b1h及第二子工作模式b1v的第一工作模式b1下，一方面，平行于第一首选方向入射于可切换滤光器的非偏振光至少24％被透射，另一方面，以与第一首选方向成30
°
以上的角度入射于可切换滤光器的非偏振光至少85％被吸收，其中，此吸收在第一子工作模式b1h下仅发生在第一方向上，在第二子工作模式b1v下仅发生在垂直于第一方向的第二方向上。而在施加有第二电场且具有第一子工作模式b1h及第二子工作模式b1v的第二工作模式b2下，一方面，平行于第一首选方向入射于可切换滤光器的非偏振光至少24％被透射，另一方面，以与第一首选方向成30
°
以上角度入射于可切换滤光器(5)的非偏振光至少85％被吸收，其中，此吸收在第一子工作模式b1h下仅发生在第二方向上，在第二子工作模式b1v下仅发生在垂直于第一方向的第二方向上，使得两个子工作模式b1h、b1v中的各个的吸收方向，对于第一工作模式b1及第二工作模式b2，因此，也对于工作模式b1及b2双方，各相差90
°
。吸收总是仅发生在一个方向上，即，光在另一个方向上被透射。
[0020]
在第一工作模式b1下，在子工作模式b1h下，以坐着或站着的观看者为参照或者一般性地以眼睛位置为参照，吸收例如可发生在水平方向上，在子工作模式b1v下，吸收可发生在垂直方向上，此处，也以坐着或站着的观看者为参照或者一般性地以眼睛位置为参照。在此情况下，连接双眼的直线定义了水平方向并且对应于第一方向，而垂直方向垂直于水平方向并且对应于第二方向。相应地，在第二工作模式b2下，在子工作模式b1h下，吸收发生于垂直方向上，在子工作模式b1v下，吸收发生于水平方向上。
[0021]
可切换滤光器的第一技术方案的配置可通过将偏振滤光器旋转90
°
而在工作模式b1与b2之间或b1h与b1v之间转变。
[0022]
其中，例如可由第一电场或第二电场描述无电场状态，而各另一个电场具有大于零(例如0.5mv/m)的绝对场强。此外，根据第一光学组件及偏振滤光器的设计，无电场状态可能意味着存工作模式b1或b1h。然而，也可能在无电场状态下存在工作模式b2或b1v。
[0023]
由此，第一技术方案的可切换滤光器在与图像再现单元配合作用下，例如允许在垂直方向上的防窥保护与水平方向上的防窥保护之间(在工作模式b1下，例如，子工作模式b1v下的上/下保护与子工作模式b1h下的左/右保护)进行转换。以膝上型计算机为例，这意味着：在工作模式b1下，用户在子工作模式b1v下可与用户身边且双眼实质上处于同一高度的其他人一起观看内容，在子工作模式b1h下，旁边的人看不到图像内容。
[0024]
实际上，在工作模式b1下，光出射的出射角范围在子工作模式b1v下被垂直地裁剪，即，减小，在子工作模式b1h下被水平地裁剪，即，减小。在工作模式b2下，对应关系反过来。两者均为出射角范围在一个方向上受限的工作模式。
[0025]
第一技术方案的可切换滤光器可改变其结构。在下面的表1中给出了一些重要的结构变形。其中，先提到的元件总是面向观看者，其他组件紧随其后。在此情况下，缩写“l/r”意味着光学效果在水平作用(水平方向在上文中已定义)上是有效的。对于偏振滤光器，这意味着偏振滤光器透射水平线性偏振光，(实质上)吸收垂直线性偏振光。相应地，“o/u”对于偏振滤光器意味着，偏振滤光器透射垂直线性偏振光，(实质上)吸收水平线性偏振光。而对于在与可布置于可切换滤光器前或后的图像再现单元配合作用下的可切换滤光器的、产生的效果，缩写“l/r”意味着防窥效果水平地作用，即，阻挡左右视线。其最终对应于可切换滤光器的子工作模式b1h下的工作模式b1。类似地，对于在与图像再现单元配合作用下的可切换滤光器，“o/u”意味着防窥效果垂直地作用，即，阻挡上下视线。其对应于可切换滤光器的子工作模式b1v下的工作模式b1。
[0026]
表1：
[0027][0028]
在表1给出的例子中，液晶层为旋转了90
°
的向列型液晶层，即，在诱发定向并限制液晶层的、两个表面上的液晶的优选定向为彼此正交。在表格最后一行的情况下，在状态b1下，通过偏振器，入射光沿垂直方向线性偏振(o/u)。随后，通过液晶层，线性偏振旋转90
°
，然后水平地定向(l/r)。水平方向与入射方向之间的角度越小，光的透射率越低。沿水平方向(l/r)的防窥保护基于此。在状态b2的情况下，适用类似关系，但取消了90
°
的偏振变化。
[0029]
此处需再次指出，当多个观察者从图像再现单元的侧向的大致相同高度观察时，“o/u”防窥效果在许多实际情况下允许对于多个观看者正常的观看。
[0030]
该目的也可通过一种可切换滤光器的第二技术方案而达成。此种可切换滤光器同
indium tin oxide，铟锡氧化物)。此外，该可切换滤光器，选择性地包括布置在包括该两个光学组件的单元的上方或下方的偏振滤光器，或者不包括偏振滤光器。
[0037]
针对存在偏振滤光器的情况，在施加有第一电场且具有第一子工作模式b1h及第二子工作模式b1v的第一工作模式b1下，一方面，平行于第一首选方向或第二首选方向入射于可切换滤光器的非偏振光至少24％被透射，另一方面，以与相应首选方向成30
°
以上的角度入射于可切换滤光器的非偏振光至少85％被吸收，其中，此吸收在第一子工作模式b1h下仅发生在第一方向上，在第二子工作模式b1v下仅发生在垂直于第一方向的第二方向上，其中，第一方向或第二方向与偏振滤光器的偏振方向垂直。
[0038]
针对不存在偏振滤光器的另一种情况，在施加有第一电场的第一工作模式b1下，以任意的角度入射于可切换滤光器的非偏振光至少24％被透射。
[0039]
无论是否存在偏振滤光器，在施加有第二电场的第二工作模式b2下，一方面，平行于第一首选方向或第二首选方向入射于可切换滤光器的非偏振光至少24％被透射，另一方面，以与相应的首选方向成30
°
以上的角度入射于可切换滤光器的非偏振光至少85％被吸收。
[0040]
如前所述，两个光学组件的两个首选方向可以相同或以最大40
°
、优选20
°
或仅10
°
的角度彼此不同。当两个首选方向例如平行于构造为分层体的滤光器的表面法线时，因为透射率总是在首选方向上达到最大，与视角范围相对应的出射角范围被限制在表面法线周围的范围内。因此，通过倾斜一个或两个首选方向，也使透射率为最大的角度倾斜，并且相应地使限制性视角范围倾斜。
[0041]
在非偏振光入射于第一光学组件且随后在无电场状态下通过液晶层而发生90
°
偏振旋转的情况下，视角范围受到向左右上下的限制。若此时打开电磁场，不发生光的偏振的旋转，不发生视角范围的限制，但光与光入射向量在光入射平面上的投影垂直地偏振。若入射于第一光学组件的光通过偏振器而发生线性偏振，则在无电场状态下发生向上、下、右及左的视角限制。若此时施加电场，则视角与入射于第一光学组件的光的线性偏振平行地受限制。
[0042]
由此，第三技术方案的可切换滤光器在与图像再现单元配合作用下，在存在偏振滤光器的情况下，允许在两面防窥保护(例如，在子工作模式b1v下，向上下的防窥保护)与四面防窥保护(在工作模式b2下，视角范围在上/下/左/右四个方向上受限制)之间进行转换，或者，在不存在偏振滤光器p的情况下，允许在工作模式b1下的视角范围不受限制的全方向自由观看与工作模式b2下的四面防窥保护之间进行转换。附加延迟板可用来影响偏振状态。例如，若使用λ/4板，则线性偏振光转化为圆偏振光，并且在四面防窥与非限制性观看之间转换。
[0043]
其中，例如可由第一电场或第二电场描述无电场状态，而各另一个电场具有大于零(例如0.5mv/m)的绝对场强。此外，根据两个光学组件的设计，无电场状态可能意味着存在工作模式b2。然而，也可能在无电场状态下存在工作模式b1(无偏振器)或子工作模式b1h、b1v中的一个(有偏振器)。
[0044]
在第四技术方案中，该可切换滤光器同样包括第一光学组件及第二光学组件，与第三技术方案不同，第一光学组件及第二光学组件为可切换的。其中，两个光学组件中的各
个包括：第一层、或者第一层及多个其他层，优选为五个以上。层中的各个包括：具有多个吸光跃迁偶极矩的材料。每个跃迁偶极矩至少在第一状态下以最大为10
°
的公差平行于对于第一光学组件(1)可选择的第一首选方向及对于第二光学组件(2)可选择的第二首选方向而定向或围绕其波动。入射于第一或第二光学组件的光根据其相对于层的入射方向及其偏振状态而被透射或至少被部分吸收。与第三技术方案不同，在此，层中各个的跃迁偶极矩能够在第一状态与至少一个第二状态之间改变其定向及/或其绝对值，以便使各个层交替置于至少两种不同的状态。
[0045]
在可切换滤光器的第四技术方案中，该可切换滤光器还包括用于选择性产生第一电场或第二电场的构件，其中，对于两个光学组件中的各个，第一状态通过施加第一电场而产生，第二状态通过施加第二电场而产生。由此，两个电场同时被施加于两个光学组件，然而，仍是两个电场中的一个又可意味着无电场状态。两个光学组件之间设有光学各向异性层，其将通过定向层的光的偏振方向旋转90
°
。该定向层例如由单轴扭曲材料(类似于tn单元(tn＝twiste dnematic)，也称沙特-黑弗里希(schadt-helfrich)单元)、和/或光学活性材料构成。
[0046]
能够在两个光学组件(理解为一个单元)的上方或下方选择性设置偏振滤光器或不设置偏振滤光器。偏振滤光器为非必要的，但能改善可切换滤光器的性能。偏振滤光器的偏振及入射光的偏振必须完全一致。
[0047]
在第四技术方案中，在施加有第一电场的第一工作模式b1下，以与可切换滤光器成任意的角度入射于该可切换滤光器的非偏振光至少24％被透射，其中，在第一工作模式b1下，两个光学组件的跃迁偶极矩相互垂直地定向，并且若存在偏振滤光器，则该偏振滤光器的偏振滤光器跃迁偶极子组件与最靠近该偏振滤光器的可切换光学组件的跃迁偶极矩平行地定向。而在施加有第二电场的第二工作模式b2下，一方面，平行于第一首选方向或第二首选方向入射于可切换滤光器的非偏振光至少24％被透射，另一方面，以与相应的首选方向成30
°
以上的角度入射于可切换滤光器的非偏振光至少85％被吸收，其中，在工作模式b2下，当存在偏振滤光器时，偏振滤光器的跃迁偶极矩及最靠近该偏振滤光器的可切换光学组件的跃迁偶极矩相互垂直地定向，并且两个光学组件的跃迁偶极矩总是相互平行地定向。
[0048]
由此，第四技术方案的可切换滤光器在与图像再现单元配合作用下，允许在公共或自由工作模式b1下的全方向自由观看与以相比工作模式b1受限的视角或出射角范围的、私密或限制性工作模式b2下的、相对于首选方向向上下右左的四面防窥保护之间进行转换。当非偏振光在私密工作模式b2下射于可切换滤光器时，不与首选方向(在工作模式b2下，优选为平行地定向)近似平行入射的光被吸收。在公共工作模式b1下，线性偏振光被透射。
[0049]
在第一或第三技术方案的优选实施方案中，在液晶层上游及/或下游设有至少一个偏振补偿层。由此可以平衡：对于一方面垂直入射的光以及另一方面以与表面法线成一定角度入射的光，偏振变化不同。
[0050]
优选地，首选方向分别与第一层的表面法线成介于0
°
与45
°
之间的角度。例如以具有该可切换滤光器的屏幕为例，其涵盖了惯常视角。
[0051]
对于特殊应用，无论采用上述哪种技术方案，该可切换滤光器均可被分成多个单
独的可切换的部分，从而实现局部的、在各个可能的工作状态之间的可转换。在与图像再现单元配合作用下，这将意味着，例如仅一部分图像区域可在用于防窥保护的私密模式与无防窥效果(即，可自由观看)的公共模式之间转换，而图像区域的与其互补的部分一直处于防窥模式或无防窥模式。甚至可存在：可单独或共同地在工作模式之间转换的、多个几何上相互分离的此种部分。
[0052]
此外，优选地，第一光学组件及/或可能存在的第二光学组件的层中的各个非周期性地构造。这减少了会使相应的屏幕的观看者感到不适的视觉假影的出现，例如穆尔(moir
é
)纹。
[0053]
通过将上述可切换滤光器与图像再现单元组合成屏幕，本发明获得特别意义。除了如前所述的可切换滤光器外，此种屏幕还包括：从观看者角度看，布置于该可切换滤光器下游或上游的图像再现单元。上述可切换滤光器的工作模式可直接沿用于屏幕，使得该屏幕也可根据可切换滤光器所采用的设计，在上文已提到的各种工作模式下工作，(例如，至少在用于在水平方向上具有不受限的出射角范围或视角范围的自由的公共视野模式的第一工作状态，以及在相比自由视野模式具有水平方向上受限的出射角范围或视角范围的、在水平方向上受限的私密视野模式下工作)，使得身处此限制性视角范围外的观看者仅能在自由视野模式下感知呈现于屏幕上的图像内容。
[0054]
有利地，图像再现单元对应于lcd面板，该lcd面板的一个偏振滤光器对应于可切换滤光器的偏振滤光器。此外，其可为lcd结构中的正面偏振器或背面偏振器。此外，有利地，可切换滤光器可布置在lcd面板与其背光灯之间，以便在自由视野模式的第一工作状态与受限的视野模式的第二工作状态之间转换，原因在于，由于可切换滤光器，例如当转换至水平方向时，背光灯的光在水平方向上有时聚焦，有时不聚焦。在此，“聚焦”并非指按透镜方式聚焦，而是指在角度上缩小出射范围或透射范围。
[0055]
图像再现单元可选择性地为其前设有可切换滤光器的oled、场发射显示器(sed)、场发射显示器(fed)、微型led显示器或真空荧光显示器(vfd)。由于可切换滤光器的不取决于图像再现单元类型而作用，因此，也可考虑任何其他类型的屏幕。
[0056]
此种屏幕有利地用于移动设备、汽车、飞机或船舶、支付终端或接入系统。其中，可在上述工作模式之间进行转换以保护敏感数据，即，仅对一个观看者可感知地呈现，或者同时对多个观看者呈现图像内容。
[0057]
在下文中，将再次对根据本发明的光学组件进行详细阐述并说明可能的构型，该光学组件解决了任务并且特别地可在可切换滤光器的上述四种技术方案中作为第一及/或第二光学组件使用。
[0058]
此种光学组件包括：第一层、或者第一层及多个其他层，优选为五个以上的层，其中，在本发明范围内，层中的各个例如可对应于分子层；但也可为合适材料的各个机械分离层。每个层包括：具有多个吸光跃迁偶极矩的材料。可能的材料已在前文描述可切换滤光器的光学组件时提及。每个跃迁偶极矩至少在第一状态下以最大为10
°
的公差平行于可选择的首选方向而定向或围绕该首选方向波动，从而入射于光学组件的光根据其相对于层的入射方向及其偏振状态而被透射或至少被部分(至完全)吸收。优选地，首选方向分别与第一层的表面法线成介于0
°
与45
°
之间的角度。
[0059]
光的消隐(即，吸收)与跃迁偶极矩的绝对数量有关，因此，也必然与(跃迁偶极矩
所在的)层厚有关，以及与跃迁偶极矩和入射光偏振之间的定向彼此有关。上述跃迁偶极矩的密度及强度或光学组件的层的折射率可根据具体实施而改变。若采用被动式(即，非切换式)光学组件，则跃迁偶极子的体积密度可接近100％。
[0060]
针对简化了的透射建模假定：光学组件中的跃迁偶极矩平行于光在光学组件的入射平面而定向，并且首选方向对应于光学组件的中垂线。此外，入射平面并非指光学组件的表面，而是光波传播方向所在的平面，其中，光学组件的表面与入射平面成直角。作为横波，光波具有横向磁振荡分量及横向电振荡分量，该两个振荡分量相互垂直并垂直于传播方向。射于光学组件的光，全部光波最初为非偏振的，即，横向电分量及与之相应的横向磁分量的振荡方向呈统计学分布。到达具有如此的垂直于光学组件表面而定向的跃迁偶极矩的光学组件的表面时，光与光学组件或其中所含材料的跃迁偶极矩相互作用并发生偏振。其中，位于入射平面的振荡分量被吸收。即，平行于入射平面偏振(即，横向磁偏振或p偏振)的光被吸收，而垂直于入射平面(即，平行于光学组件的表面)偏振(即，横向电偏振或s偏振)的光被完全透射。因此，不平行于跃迁偶极矩地通过光学组件的非偏振光，在通过具有平行于光入射平面而定向的跃迁偶极矩的光学组件时，至少部分发生s偏振。若首选方向未对应于中垂线，则考虑o偏振(ordinary polarisation，普通偏振)来代替s偏振，以及e偏振(extraordinary polarisation，特殊偏振)来代替p偏振。
[0061]
此特性在本发明所有技术方案中均为本质性的，并构成基本的创造性手段-效果关系。以下，将对入射强度为i0(α)的p偏振光的透射建模。吸收层对光的透射通过朗伯特-比尔(lambert-beer)定律描述：
[0062][0063]
在此，α为相对于表面法线的传播方向，d(α)为与传播方向相关的光程，n为吸收性分子数量，σ
abs
(α)为与入射角相关的吸收截面。借助于snell折射定律可根据入射角β计算介质中的传播角α。而后，根据跃迁偶极矩及光程的方程式，得出：
[0064][0065]
根据应用情况，层中的各个在结构上周期性或非周期性地构造，其中，非周期性结构在避免视觉假影方面是有利的。
[0066]
在优选技术方案中，每个跃迁偶极矩在各自的首选方向周围最大为10
°
的公差内沿该各自的首选方向定向。由此，沿该首选方向也出现最高透射率。也优选为，在可选择的平面(通常为层中的一个)的至少两个此种首选方向相差10
°
以上。这使得可在一个层中定义可全部对准空间中的一个点(例如，观看者)的多个首选方向，其中，可通过适当调整层内的材料特性来实现不同定向，例如透过光控取向(photoausrichtung)。为此，将液晶与光反应性物质相结合。入射的偏振光将分子同时定向并引发光反应。通过控制偏振，可影响分子的定向。
[0067]
现有技术中所描述的微型薄片式滤光器(也称“viewcontrolfilter-vcf”或“lightcontrolfilter-lcf”)对几何光学加以利用。由于透明层及吸收层的周期性交替排列，以相对于定义方向成大角度传播的入射光几乎全部被吸收。此处，对吸收器的位置进行控制。相反，由于分子的吸收截面随传播方向的变化而变化，在根据本发明的光学组件中，具有不同传播方向的光的透射率变化。因此，在本发明中，不对吸收器的位置进行控制，而是更确切地说对吸收器的定向(取向)进行控制。换言之，本发明是基于通过根据本发明的
光学组件时的对光束的方向相关的吸收，并且基本上与光束位置无关，针对跃迁偶极矩分别规定的首选方向除外。这既适用于上文所述的根据本发明的非切换式光学组件，也适用于下文所述的可切换设计。
[0068]
为了根据本发明的光学组件的光学效果的可切换性，即，为了可切换光学组件，每个层中的跃迁偶极矩可在第一状态与至少一个第二状态之间改变其定向及/或其绝对值，以便能使各个层交替置于至少两种不同的状态。可切换光学组件或其中的每个层的可能设计例如基于液晶、和/或染料或染料混合物，该液晶、和/或染料或染料混合物可布置在所谓的“垂直排列单元(vertical alignment cell)”或在表面均一定向的液晶单元中，并且其中，可在至少两种状态之间旋转。此外，吸光跃迁偶极矩也发生旋转，从而可呈现至少两种作用状态。特别地，在此种技术方案中，可设想：得到各自具有不同光学效果的两种以上(例如，三种或八种)状态。同样可设想其他的液晶单元设计。为此，特别地，使用电场来使液晶旋转。其中，例如可由第一电场或第二电场描述无电场状态，而各另一个电场则具有大于零(例如0.5mv/m)的绝对场强。
[0069]
其中，第一状态对应于上述条件，至少一个第二状态的不同之处在于，具有至少一个其他首选方向。
[0070]
在此种主动式，即，可切换光学组件中，可设想：基于液晶的跃迁偶极矩体积密度在0.1％与90％之间。可选地，可切换光学组件或其中的每个层的方案可设想：跃迁偶极矩置入处于电润湿工艺的液体中。以此方式，特别地改变跃迁偶极矩的密度，但不仅限于此。
[0071]
此外，光学组件也可被分成多个单独的可切换的部分，以便实现局部的、可在至少两种不同状态之间的转换。如此一来，在具有至少两种状态的可切换性范围内，特别地，可实现：局部的、至少两种状态之间的各个透射最大值位于各自的不同方向上。
[0072]
此外，优选地，跃迁偶极矩的各个首选方向可根据该跃迁偶极矩在各个层中的位置来选择。
[0073]
在该光学组件的另一个优选技术方案中，每个层沿各个层的可选择的参考线被划分为不同区域，其中，对于每个区域自己的区域首选方向为可选择的，该区域首选方向适用于相应的层的、位于区域内的所有跃迁偶极矩，其中，所有区域首选方向成对地彼此不同，并且以最大为 /-10
°
的公差指向观看者的方向。因此，在层内以及在适用于此的每个区域内，所有跃迁偶极矩均以最大为 /-10
°
的公差分别与适用于该处的首选方向平行。有利地，层中的各个在结构上非周期性地构造，从而减少或避免干扰性视觉假影的出现。该布置具有以下优点：在限制性视野模式下，观看者感觉屏幕被均匀照亮。由于发光密度与视角有关，当跃迁偶极矩的定向在滤光器的整个表面上为恒定时，观看者感觉屏幕是不均匀的。
[0074]
制造本发明如上所述的光学组件的简单方法为：该光学组件由多个聚合物薄膜偏振器层压而成。在此情况下，该光学组件构成为多层聚合物薄膜偏振器的层压制品。作为替代方案或组合方案，该光学组件也可通过对分子或粒子进行光控取向而制成。
[0075]
优选地，该光学组件的材料包含至少一种染料，优选为二色性染料混合物。该至少一种染料由染料分子组成，其中，有利地，跃迁偶极子或跃迁偶极矩与每个染料分子相关，即，每个染料分子对应于跃迁偶极子或跃迁偶极矩。通常，在lc染料混合物中，染料在各个层的材料中的质量占比例如为0.01％至10％，优选为0.1％至5％。层的厚度优选处于0.2μm至50μm范围，优选地，处于0.5μm至20μm范围，所有边界值均分别包括在内。不同层的染料或
染料混合物可以是不同的。
[0076]
此外，该光学组件的材料可包含液晶且/或与液晶混合。在存在多个层的情况下，其也可逐层变化。
[0077]
作为优选设计，对各层适用：液晶的与至少一种染料，特别地，与至少一种二色性染料混合物的混合。作为合适的二色性染料或染料混合物可考虑：例如，偶氮甲碱染料(azomethinfarbstoffe)、靛蓝及硫靛蓝染料(indigoide und thioindigoide farbstoffe)、部花青(merocyanine)、甘菊环(azulen)、喹啉酮染料(chinophtalonfarbstoff)、苝染料(perylenfarbstoffe)、酞吡呤染料(phthaloperinfarbstoff)、二嗪染料(dioxazinfarbstoffe)、三苯二嗪染料(triphenodioxazinfarbstoffe)、喹啉染料(chinoxalinfarbstoffe)、三嗪染料(triazinfarbstoffe)、柠檬黄(tartrazin)、偶氮染料(azo-farbstoffe)及蒽醌染料(anthraquinonfarbstoffe)。液晶染料混合物的制造例如记载于us4695131a中。此外，自外部封闭层的表面优选进行例如拉丝的处理，以实现跃迁偶极矩或可能存在的液晶的均匀表面定向。
[0078]
特别地，当用于可切换滤光器时，一般地，偏振滤光器可有利地在观看方向上位于光学组件之前或之后。偏振滤光器有助于测定或分析通过光学组件的光的偏振特性，并且优选地应始终存在偏振滤光器。在此情况下，光学组件的最大透射通常总是在平行于偏振滤光器的偏振方向的方向上。也可存在沿观看方向分别布置于光学组件前后的两个此种偏振滤光器，并且两个此种偏振滤光器就其线性偏振方向而言实质上相互平行地定向，由此，可改良限制性视野模式下的保护效果。
[0079]
因此，本发明也包括一种具有上述光学组件的照明装置。此种照明装置可在至少两种工作模式下工作：用于自由视野模式的工作模式b1、以及用于限制性视野模式的工作模式b2。限制性视野模式与自由视野模式的区别在于，光在与自由视野模式相比受限的角度范围内沿观看者方向出射。位于限制性角度范围以外的观看者看不到照明装置发出的光，同样的情况也适用于屏幕，下文将对此进行说明，而在自由视野模式下，只要观看者位于照明装置或屏幕在自由视野模式下基本自然受限的出射角范围内，而该出射角范围明显大于限制性视野模式下的出射角范围，观看者便能感知照明装置或屏幕发出的光。其中，该限制可视具体应用而发生于多个空间方向上，例如向上、下、右和/或左。
[0080]
该照明装置包括：平面状地延伸的背光灯，其包含如上文详细所述的光学组件并出射光。该照明装置包括：板状导光体，在观看方向上设于背光灯之前，在大面中的至少一个和/或在其体积内具有解耦组件(auskoppelelement)，其中，对于从背光灯发出的光的至少40％，优选至少70％，该导光体为透明的。在该导光体的至少一个窄边上侧向布置有发光构件。此外，在观看方向上，在背光灯之前或导光体之前布置有线性偏振滤光器，由此，从背光灯发出并通过偏振滤光器的光在其传播方向上受限。在工作模式b2下，背光灯打开，发光构件关闭。在工作模式b1下，至少发光构件打开，即，在工作模式b1下，背光灯是打开或是关闭，并不重要。
[0081]
最后，如前所述，上述光学组件也可用于屏幕，该屏幕可在上文结合照明装置所提到的至少两种工作模式下工作，即，用于自由视野模式的工作模式b1及用于限制性视野模
式的工作模式b2。此种屏幕包括：平面状地延伸的背光灯，其包含上述光学组件并出射光。该屏幕还包括：板状导光体，其在观看方向上设于背光灯之前，并且在大面中的至少一个和/或在其体积内具有解耦组件，其中，对于从背光灯发出的光至少40％，优选至少70％，该导光体是透明的。在导光体的至少一个窄边上侧向布置有发光构件。此外，在观看方向上，在背光灯之前或导光体之前布置有线性偏振滤光器，由此，从背光灯发出并通过偏振滤光器的光在其传播方向上受到限制。此外，在观看方向上，在导光体之前布置有透射式图像再现装置。偏振滤光器可布置在该图像再现装置中，并且特别地，可为此图像再现装置的一部分(例如，在lc显示器中即为此情况)。在工作模式b2下，背光灯打开，发光构件关闭。在工作模式b1下，至少发光构件打开，即，在工作模式b1下，背光灯是打开或是关闭，并不重要。
[0082]
更一般而言，本发明也包括一种屏幕，其包括至少一个如前所述的光学组件或如前所述的配置，以及从观看者角度看布置于光学组件下游或上游的图像再现单元。有利地，图像再现单元对应于lcd面板，lcd面板的一个偏振滤光器对应于前述偏振滤光器。此外，其可为lcd结构中的正面偏振器或背面偏振器。图像再现单元可选择性地为其前设有光学组件的oled、场发射显示器(sed)、场发射显示器(fed)、微型led显示器或真空荧光显示器(vfd)。由于光学组件不取决于图像再现单元类型而作用，因此，也可考虑任何其他类型的屏幕。此种屏幕有利地用于移动设备、汽车、飞机或船舶、支付终端或接入系统中。其中，在可切换光学组件的情况下，可在上述工作模式之间进行转换以保护敏感数据，即，仅对一个观看者可感知呈现，或者同时对多个观看者呈现图像内容。此外，采用前述技术方案的可切换光学组件或非切换式光学组件可与静态图像或者也可与动态图像再现单元如lcd面板一起使用，以例如使广告内容仅在限制性可视范围内被看到。
[0083]
若在一定限度内改变上述参数，原则上能保持本发明的性能。
[0084]
可以理解，在不偏离本发明的范围内，上述特征及下文尚待阐述的特征不仅可在所给出的组合中使用，也可在其他组合中使用，或者单独使用。
附图说明
[0085]
以下，将通过实施例并参考所附图更详细地解释本发明，所附图同样披露了本发明的重要特征。实施例仅用于说明目的，不应解释为限制性的。例如，对具有多个组件或组件的实施例的描述不应被解释为所有组件或组件都是实施所必需的。相反，其他实施例也可包含替代性的组件及元件、更少的组件及元件或者附加的组件及元件。除非另有说明，不同实施例的组件及元件可相互组合。针对其中一个实施例所描述的修改与变化也可应用于其他实施例。为了避免重复，不同图中的相同或相应组件以相同符号标识，并且不做多次解释。其中：
[0086]
图1a为非切换式光学组件的原理简图，
[0087]
图1b为处于第一状态的可切换光学组件的原理简图，
[0088]
图1c为处于第二状态的、图1b中的可切换光学组件的原理简图，
[0089]
图2a为其他光学组件的原理简图，
[0090]
图2b为处于第一位置的、其他可切换光学组件的区段的原理简图，
[0091]
图2c为处于第二位置的、该其他可切换光学组件的区段的原理简图，
[0092]
图3为具有根据图1b及图1c以及图2b及图2c的可切换光学组件的结构的原理简
图，
[0093]
图4为将根据图2a-2c的光学组件在不同角度下测量的透射行为与现有技术中的薄片式滤光器在不同角度下测量的透射行为相比较的示例性视图，
[0094]
图5为第三技术方案中具有偏振滤光器的可切换滤光器的原理简图，
[0095]
图6为第三技术方案中不具有偏振滤光器的可切换滤光器的原理简图，
[0096]
图7a-图7c为基于根据图6的可切换滤光器而影响光的简图，
[0097]
图8为第四技术方案中的可切换滤光器的原理简图，
[0098]
图9为第一技术方案中的可切换滤光器的原理简图，
[0099]
图10为第二技术方案中的可切换滤光器的原理简图，以及
[0100]
图11至图15为用于说明光学组件的光学效果的光学仿真。
具体实施方式
[0101]
附图未按比例绘制，并且仅为原理图。
[0102]
图1a示出示例性的非切换式光学组件1的原理简图。该光学组件包括至少一个层s1，其中，此层s1包括：具有多个吸光电跃迁偶极矩(在此简单地图示为小竖线)的材料，该吸光电跃迁偶极矩至少在第一状态下平行于可选择的首选方向而定向(在此，垂直于层s1的表面)或围绕此首选方向波动，由此，上述首选方向包括与层s1的表面法线成介于0
°
与45
°
间的角度，使得入射于光学组件的光根据其相对于层s1的入射方向及其偏振特性而被透射或者被部分或完全吸收。
[0103]
光学组件1例如可以通过层压多个聚合物薄膜偏振器及/或通过对分子或粒子进行光控取向而制成。层s1中的上述电跃迁偶极子的密度可根据实施而改变。若采用被动式偏振器，则体积密度可接近100％。
[0104]
包含跃迁偶极矩的光学组件1的材料也可包含至少一种染料，特别是一种染料分子，优选为至少一种二色性染料或二色性染料混合物。此外，有利地，染料分子可对应于跃迁偶极矩。通常，染料在各个层s1、s2、
…
的材料中的质量占比为0.01％至30％，优选为0.1％至15％或5％，或者为0.01％至10％。层的厚度优选处于0.2μm至50μm范围，优先地，处于0.5μm至20μm范围。不同层的染料或染料混合物可以是不同的。
[0105]
包含跃迁偶极矩的层s1、s2、
…
，也可包含液晶或聚合物，且/或可与液晶混合，优先地，层s1、s2、
…
包含：液晶或聚合物的与至少一种染料，特别是，与至少一种二色性染料混合物的混合物。
[0106]
光学组件1对线性偏振光提供防窥滤光器。因此，此处设有偏振滤光器p，其使自下方入射的光线性平行于图纸面偏振。然而，偏振滤光器p并不改变光的传播方向。两个粗箭头表示两个可能的光传播方向。由于跃迁偶极矩的作用，相对于首选方向(在此为层s1的中垂线)例如具有约超过30
°
的(倾斜)方向的光被光学组件1吸收。最后，如图中上部的单个箭头所示，实质上仅有沿着首选方向或者在此为垂直于光学组件1入射的光，在通过光学组件后仍然存在。根据不同应用情况，层s1、s2、
…
中的各个在结构上周期性地或非周期性地建构。
[0107]
光的消隐(即，吸收)与跃迁偶极矩的绝对数量有关，因此，也必然与具有跃迁偶极矩的材料的层厚有关。上述跃迁偶极矩的密度及强度或层s1、s2、
…
中的折射率可根据实施
而改变。若采用被动式(即，非切换式)光学组件1，则跃迁偶极子的体积密度可接近100％。
[0108]
为此，图11至图15示出用于说明光学组件1的光学效果的光学仿真。图11示出将光通过根据图1的光学组件1的透射率归一化的图表，此处在-90
°
至 90
°
的水平测量角度上绘制。对于 /-25
°
以上的角度，强烈的吸收效应清晰可见。该仿真基于假设光学组件1的层厚d＝0.5mm，材料折射率n＝1.5，摩尔浓度m＝0.01molm-3
以及示例性的摩尔消光率ε＝12700m2mol-1
。厚度及浓度可彼此成比例地改变，因此，例如在厚度小十倍且浓度高十倍的情况下，可获得相同的透射率。在图12中，针对对使用而言主要的值域，将根据图11的关系以对数形式绘制于纵轴。可以看出，在此种参数下，在 /-25
°
，透射率已下降至约1％，在 /-40
°
，透射率已减小至仅0.001％左右。在图13中，关于折射率n，对图11假设的条件针对值n＝1.0；1.3；1.5以及n＝1.7进行了计算。可以看出，层s1的材料的折射率越低，角度下的透射率(transmission im winkel)则越受限。此外，图14图示关于光学组件1的厚度，通过根据图11的关系的光学组件1的归一化透射率的变化。其中，计算了d＝0.1mm；0.2mm；0.3mm；0.4mm及0.5mm的层厚。如所预期的那样，更大层厚因此使上述角度上的透射率受到更强的限制。最后，图15示出对三个选定参数集(1.n＝1.0且d＝0.2mm；2.n＝1.5且d＝0.5mm；3.n＝1.7且d＝0.65mm)的、角度相关的、归一化透射率。该三个参数集产生极其相似的光学效果。
[0109]
与之相比，现有技术中已知的微型薄片式滤光器(也称“view control filter-vcf”或“light control filter-lcf”)对几何光学加以利用。由于透明层及吸收层的周期性交替排列，以相对于定义方向成大角度传播的光(几乎)全部被吸收。对吸收器的位置进行控制。相反，由于分子的吸收截面随传播方向而变化，在光学组件1中，具有不同传播方向的光的透射率变化。因此，不对吸收器的位置进行控制，而是更确切地说特别地对吸收器的定向进行控制。换言之，光学组件1的效果基于通过该光学组件时的对光束的方向相关的吸收，并且基本上与光束位置无关。这既适用于上文所述的非切换式光学组件，也适用于下文所述的可切换设计。
[0110]
为了光学组件1的光学效果的可切换性，即，为了可切换光学组件1，每个层s1、s2、
…
中的吸光电跃迁偶极矩可改变其定向和/或其绝对值，使各个层s1、s2、
…
能够置于至少两种不同的状态。可切换光学组件1或其中的每个层s1、s2、
…
的可能设计例如基于液晶或荧光体，该液晶或荧光体可布置在所谓的“垂直排列单元”(vertical alignment cell)或在表面均一定向的液晶单元中，并且其中，可在至少两种状态之间旋转。因此，吸光电跃迁偶极矩也发生旋转，并且可呈现至少两种作用状态。特别地，在此种技术方案中可设想：得到各自具有不同光学效果的两种以上的状态(例如，三种或八种状态)。其他的液晶单元设计同样是可设想的。
[0111]
为此，图1b示出处于第一状态的可切换光学组件的原理简图，图1c示出处于第二状态的可切换光学组件的原理简图。
[0112]
针对此示例情况假设：入射光为p偏振，即，平行于入射面偏振(见图1b)。若透明电极e1、e2不带电，即，其产生具有0v/m的电场ef1(无电场)，则此处图示为点状的液晶分子及染料分子(在此例如构建成层s1、s2及s3)沿着电极e1、e2的表面定向。这可通过表面功能化与液晶的适当结合而实现，并且在现有技术中为已知的。对于在绘图面传播且为s偏振的光，光的偏振与液晶的跃迁偶极矩总是相互垂直地定向。因此，无吸收发生，因此，图示于基
板s上方及下方的、具有s偏振的光传播方向将毫无阻碍地穿过可切换光学组件1。
[0113]
如图1c所示，若电极e1及e2带电，即，其产生ef2》0v/m的电场，则液晶在层s1、s2及s3中旋转。当电压及场强ef2超过一定阈值时，液晶分子及(如果存在)染料分子几乎平行于电场ef2的场线而定向。由此，光根据角度α(光的传播方向与层s1表面的法线之间的角度)而被吸收。吸收率随着角度α的增加而增加。光的电场的消隐与sin(α)成比例。原则上，控制染料分子的定向是有利的，以便藉此控制防窥轴线或施加定义的光影响。在根据图1b的状态下，跃迁偶极矩，垂直于入射光的偏振，在根据图1c的状态下，与垂直的光入射平行。在此种可切换光学组件中可设想，基于液晶的染料体积密度在0.1％与20％之间，如有必要至90％。
[0114]
图2a示出其他非切换式光学组件1的原理简图。该光学组件包括(此处例如仅一个)层s1，其中，层s1包括：具有多个吸光跃迁偶极矩(由图2a中层s1的短线表示)的材料。每个跃迁偶极矩至少在第一状态下以最大为10
°
的公差平行于各自的首选方向(在此以粗箭头表示)而定向或围绕该各自的首选方向波动，可根据此种跃迁偶极子在层s1内的位置来为跃迁偶极子选择首选方向，其中，至少两个此种首选方向在可选面(在此为绘图面)相差10
°
以上。藉此使得入射于光学组件1的光，根据其相对于层s1的入射方向及其偏振特性而被透射或者被部分或完全吸收，其中，每个跃迁偶极子的最高透射率存在于对其在层s1内的位置而分别选择的首选方向上，其中，允许最大10
°
的公差。
[0115]
与图1相比，图2所示的光学组件1如此设计：层s1沿着可选择的参考线(在此为该层的底边)被分成不同的区域a1、a2、a3、a4、a5，其中，为每个区域a1、a2、
…
选择自己的区域首选方向(见粗箭头)，该区域首选方向适用于位于一个区域a1、a2、
…
内的、层s1的所有跃迁偶极矩。此外，所有的区域首选方向成对地彼此不同，并且所有的区域首选方向以最大为 /-10
°
的公差指向观看者6方向。因此，在层s1内以及在每个对此适用的区域a1、a2、
…
内，所有的跃迁偶极矩均以最大为 /-10
°
的公差分别与此处适用的区域首选方向平行。由于可定义的光学组件1的透射率，该光学组件可特别有利地用于创建防窥解决方案。
[0116]
为了光学组件1的光学效果的可切换性，即，为了可切换光学组件1，每个层s1、s2、
…
中的吸光跃迁偶极矩可改变其定向(取向)和/或其绝对值和/或其密度，使得各个层s1、s2、
…
能够置于至少两种不同的状态。
[0117]
为此，图2b示出处于第一状态的可切换光学组件的第一区段(对应于图2a中的a1)的原理简图，图2c则示出处于第一状态的可切换光学组件的第二区段(对应于图2a中的a5)的原理简图。在此示例性地存在三个层s1、s2、s3。在此，与二色性染料混合物混合的液晶以层s1、s2、s3中的椭圆形的元素表示，其中，黑色椭圆形的元素以高度简化的方式表示染料分子，白色椭圆形的元素以高度简化的方式表示液晶。椭圆的倾斜度进一步表明空间定向。基板s可为玻璃或聚合物或其他透明材料。
[0118]
各个透明电极e1、e2，例如铟锡氧化物层(ito层)，用于控制与染料混合物混合的液晶的定向。然而，液晶分子及染料的不同定向优选通过不同的表面功能化而实现。此处可考虑使用机械方法及光学方法。图2b所示的液晶连同染料混合物的定向大致相当于根据图2a中区段a1的首选方向的定向。图2c所示的液晶连同染料混合物的定向大致相当于根据图2a中区段a5的首选方向的定向。在根据图2b的情况下，自下方入射于光学组件1的光在跃迁偶极子的相应的首选方向上被最大程度地透射；在其他方向上被部分或完全吸收。这也以
类似的方式适用于根据图2c的情况。
[0119]
关于p偏振光及s偏振光在被施加电场ef1及ef2的情况下入射于光学组件的行为，参考关于图1b及图1c的详细说明，该详细说明类似地适用于此，只不过跃迁偶极矩为不同定向，而且在介质中主要以o偏振代替s偏振，并以e偏振代替p偏振。
[0120]
图3示出具有根据图1b及图1c以及图2b及图2c的实施方案的可切换光学组件1的结构的原理简图。在此，外表面上存在两个线性偏振滤光器p，其中一个是可选的，其中，该线性偏振滤光器的偏振方向实质上(即，不考虑几度的公差)相互平行。各自内侧(即，在偏振滤光器p的相对侧)分别设有透明基板s，基板内侧又设有电极e1及e2。自此面向内的定向层4用于液晶的定向，该液晶与至少一种二色性染料混合而构成内层s1、s2、
…
。在此，跃迁偶极矩由该至少一种二色性染料形成。原则上，在所说明的所有变形中的光学组件1的结构中，也可使用额外的延迟膜(retardierungsfilm)，以便能进一步调整偏振状态。
[0121]
施加在电极e1与e2间的方波电压优选具有介于0v与20v间的有效值。定向层4例如为经过处理的表面(例如拉丝的玻璃或聚合物)，以实现跃迁偶极矩或液晶的均匀表面定向。而后，由此可产生例如图2b及图2c所示的状态。
[0122]
最后，图4示出将根据图2及图3的光学组件1(实线)在不同角度下测量的归一化透射行为与现有技术中的薄片式滤光器(虚线)在不同角度下测量的归一化的透射行为相比较的示例性视图。其中，横轴为各自的测量角度，纵轴为归一化透射率。对于示例性光学组件1的透射行为，在连续曲线可观察到近似于所谓的“高顶礼帽式(top-hat)”分布，即，在约-17
°
至 17
°
的宽角度范围内，透射率稳定保持在至少80％。此处，半值宽度总共约40
°
。因此，对
±
15
°
的视角变化提供了观看者6感觉良好的透射均匀性，从而又在图像再现单元的配合作用下照明或图像再现时，实现感觉良好的均匀性)。与之比较的、现有技术中的示例性薄片式滤光器(其归一化透射行为以虚线形式图示于图4)，与之相对地，具有仅为约35
°
的减小的半值宽度，此外，不具有近似于“高顶礼帽式”分布，并且还在-30
°
至-25
°
以及 25
°
至 30
°
的角度范围内具有较差的防窥保护，其原因在于，该角度范围的透射率比光学组件1大。
[0123]
该光学组件尤其可应用于可切换滤光器5。图5示出此种可切换滤光器5的第三技术方案，为了与本发明的一般性描述保持一致，在“第一”及“第二”前选择名称“第三”。其包括第一光学组件1及第二光学组件2。两个光学组件1、2本身为不可切换的，即，静态的。两个光学组件的跃迁偶极矩的首选方向彼此相差少于40
°
，优选为少于20
°
，特别优选为少于10
°
，其中，第一光学组件1的第一首选方向及第二光学组件2的第二首选方向为可选择的。在本例中，两个首选方向示例性地相互平行，并与位于绘图面的、可切换滤光器5的中垂线相对应。光学组件1、2之间设有可切换液晶层3，该可切换液晶层根据作用于该可切换液晶层的电场ef1和ef2中的一个，对通过该可切换液晶层的光的偏振特性施加影响或不施加影响。在图中，以观看者6的角度看，光学组件1、2下方设置有偏振滤光器p；该偏振滤光器也可设置于光学组件1、2上方。图中未示出：用于选择性产生第一电场ef1及第二电场ef2的构件，例如，设置于液晶层3上方及下方的电极。
[0124]
在施加有第一电场ef1且具有第一子工作模式b1h及第二子工作模式b1v的第一工作模式b1下，一方面，平行于第一首选方向或第二首选方向入射于可切换滤光器5的非偏振光至少24％被透射，另一方面，以与相应首选方向成30
°
以上的角度入射于可切换滤光器5
的非偏振光至少85％被吸收，其中，此吸收在第一子工作模式b1h下仅发生在第一方向上，在第二子工作模式b1v下仅发生在垂直于第一方向的第二方向上，其中，第一方向或第二方向与偏振滤光器p的偏振方向垂直。当应用于屏幕时，第一方向可对应于水平方向，第二方向可对应于垂直方向，其中，“水平”是指与观看者双眼之间的距离线平行的线。在此情况下，水平线例如与层s1或屏幕的底边平行，竖直线与左侧边或右侧边平行。
[0125]
在施加有第二电场ef2的第二工作模式b2下，一方面，平行于第一首选方向或第二首选方向入射于可切换滤光器5的非偏振光至少24％被透射，另一方面，以与相应首选方向成30
°
以上的角度入射于可切换滤光器5的非偏振光至少85％被吸收。
[0126]
图6中示出未设偏振滤光器p的、可切换滤光器5的第三实施方案的变形。此变形在工作模式b2下的行为与参照图5所描述的可切换滤光器5的行为相同，而在施加有第一电场ef1的第一工作模式b1下，以任意角度入射于可切换滤光器(5)的非偏振光至少24％被透射。
[0127]
由此，第三技术方案的可切换滤光器5在与图像再现单元配合作用下，当存在偏振滤光器p时，允许在两面防窥保护与四面防窥保护(例如，上/下保护b1v与上/下/左/右保护b2)之间进行转换，或者，当不存在偏振滤光器p时，允许在全方向自由观看与四面防窥保护(例如，自由观看b1与上/下/左/右保护b2)之间进行转换。
[0128]
其中，例如可由电场ef1或电场ef2描述无电场状态，而各另一个电场ef2或ef1具有大于零(例如，0.5mv/m)的绝对场强。因此，根据光学组件1及2的设计，无电场状态可能意味着存在工作模式b2。然而，也可能在无电场状态下存在工作模式b1，若存在偏振滤光器p，则包括子工作模式b1h、b1v中的一者。
[0129]
图7a至图7c示出由于根据图6的可切换滤光器而产生的光偏振状态的简图。图7a示出公共模式的偏振状态，对应于具有非限制性视角范围的工作模式b1，在该工作模式下，视角大于30
°
的光切向偏振，垂直入射的光线性偏振。首选方向对应于各自的中垂线。图7c示出限制性视野模式下的偏振状态。在此，入射角例如为大于30
°
的光被强烈衰减，而垂直入射的光则被不改变偏振状态地透射。
[0130]
通过跃迁偶极矩的定向或取向使得光在入射角上为极性偏振(polar polarisiert)，即，光的线性偏振总是垂直于视角空间中的原点(ursprung)的方向，在所述情况下，该原点为中垂线。此状态图示于图7a中，并且适用于光通过非切换式光学组件1之后。具有小角度的光仅弱偏振。理想情况下，垂直入射的光不被吸收，即，偏振状态保持不变。
[0131]
此时，若光从光学组件2进入液晶层3，则光的偏振状态是否改变以及如何改变或保持不变，取决于液晶层3的状态。例如，若例如在无电场状态ef1下关闭液晶层3中的偏振旋转，则上述状态不改变。在通过液晶层3并进一步通过非切换式光学组件1后，透射率实质上保持不变。若在光学组件1上方或光学组件2下方存在偏振滤光器p，则根据设计实现子工作模式b1h或b1v中的一个。若不存在此偏振器，则实现工作模式b1。
[0132]
与之相对地，此时若例如通过施加电场ef2》0v/m来开启液晶层3中的偏振旋转，则偏振在所有地方旋转90
°
。偏振状态图示于图7b中：该处示出通过光学组件2及偏振旋转的液晶层3后的偏振状态。因此，在进一步光传播的情况下，以大于25
°
或约30
°
的角度传播的所有光均被光学组件1消隐。此对应于工作模式b2并图示于图4c中。
[0133]
图8示出第四技术方案中的可切换滤光器5的原理简图。该可切换滤光器5包括两个可切换光学组件1、2，其中，该两个光学组件中的各个包括：第一层s1、或者第一层s1及多个其他层s2、
…
。类似于第三技术方案的光学组件，层s1、s2、
…
中的各个包括：具有多个吸光跃迁偶极矩的材料，其中，每个跃迁偶极矩至少在第一状态下以最大为10
°
的公差平行于对于第一光学组件1可选择的第一首选方向及对于第二光学组件2可选择的第二首选方向而定向或围绕此首选方向波动，从而入射于第一或第二光学组件1、2的光根据其相对于层s1、s2、
…
的入射方向及其偏振状态被透射或至少被部分吸收。
[0134]
然而，与第三技术方案不同，光学组件1、2在此为可切换的，即，层s1、s2、
…
中各个的跃迁偶极矩可在第一状态与至少一个第二状态之间改变其定向及/或其数值，以使各个层s1、s2、
…
交替置于至少两种不同的状态。在此技术方案中，可切换滤光器5包括：用于选择性产生第一电场ef1或第二电场ef2的构件，其中，对于两个光学组件1、2中的各个，第一状态通过施加第一电场ef1而产生，第二状态通过施加第二电场而产生。在根据第四技术方案的实施例中，第一电场ef1施加于第一光学组件1，并且第二电场ef2施加于第二光学组件2。
[0135]
可选择地，可在组合为一个单元的光学组件1上方或下方布置偏振滤光器。此为非必要的，但能改良可切换滤光器5的性能。偏振滤光器p的偏振及入射光的偏振必须完全一致。两个光学组件1、2之间设有：用于将通过光学各向异性层7的光的偏振方向旋转90
°
的、光学各向异性层7。光学各向异性层7例如可为具有液晶的层或半波板。图中未示出用于产生两个电场ef1及ef2的构件。
[0136]
当在用于自由视野模式的第一工作模式b1下施加第一电场ef1时，与可切换滤光器5成任意角度入射于该可切换滤光器的非偏振光至少24％被透射，其中，在第一工作模式b1下，两个光学组件1、2的跃迁偶极矩相互垂直定向，并且若存在偏振滤光器p，则偏振滤光器p的偏振滤光器跃迁偶极子组件与最靠近偏振滤光器p的可切换光学组件1、2的跃迁偶极矩平行定向。
[0137]
而当在用于限制性视野模式的第二工作模式b2下施加第二电场ef2时，一方面，平行于第一首选方向或第二首选方向入射于可切换滤光器5的非偏振光至少24％被透射，另一方面，以与相应的首选方向成30
°
以上的角度入射于可切换滤光器5的非偏振光至少85％被吸收，其中，在工作模式b2下，偏振滤光器p(如果存在)的跃迁偶极矩及最靠近偏振滤光器p的可切换光学组件1、2的跃迁偶极矩相互垂直定向，并且两个光学组件1、2的跃迁偶极矩分别相互平行定向。在此，优选地，首选方向也对应于在图8中位于绘图面的、可切换滤光器5的中垂线。如上文结合第三技术方案所述，这适用于可切换滤光器5的相应的定向，特别是，当水平方向与层s1的底边平行，垂直方向与该层的左侧边或右侧边平行时，同时既适用于水平方向又适用于垂直方向。
[0138]
由此，第四技术方案的可切换滤光器5在与图像再现单元配合作用下，允许在全方向自由观看与四面防窥保护(自由观看b1与上/下/左/右保护b2)之间进行转换。
[0139]
图9中作为原理简图示出可切换滤光器5的第一技术方案。该第一技术方案包括非切换式第一光学组件1，同样地包括：第一层s1、或者第一层s1及多个其他层s2、
…
，其中，每个层s1、s2、
…
包括：具有多个吸光跃迁偶极矩的材料。每个跃迁偶极矩至少在第一状态下以最大为10
°
的公差平行于对于第一光学组件1可选择的第一首选方向而定向或围绕该首
选方向波动，从而入射于第一光学组件1的光根据其相对于层s1、s2、
…
的入射方向及其偏振状态被透射或至少被部分吸收。
[0140]
第一光学组件1上游或下游设有偏振滤光器p。图中仍未示出用于选择性产生第一电场ef1或第二电场ef2的构件。在第一光学组件1与偏振滤光器p之间设置有液晶层3，第一电场ef1或第二电场ef2作用于该液晶层，并且该液晶层根据第一电场ef1或第二电场ef2而影响通过该液晶层的光的偏振状态。
[0141]
在此第一技术方案中，在施加有第一电场ef1且具有第一子工作模式b1h及第二子工作模式b1v的第一工作模式b1下，一方面，平行于第一首选方向入射于可切换滤光器5的非偏振光至少24％被透射，另一方面，以与第一首选方向成30
°
以上的角度入射于可切换滤光器5的非偏振光至少85％被吸收，其中，此吸收在第一子工作模式b1h下仅发生在第一方向上，在第二子工作模式b1v下仅发生在垂直于第一方向的第二方向上。此外，优选地，第一首选方向仍平行于绘图面内的、可切换滤光器5的中垂线。关于第一及第二方向的位置，可类似地适用涉及第三技术方案所提出的实施方案。
[0142]
在施加有第二电场ef2且具有第一子工作模式b1h及第二子工作模式b1v的第二工作模式b2下，一方面，平行于第一首选方向入射于可切换滤光器5的非偏振光至少24％被透射，另一方面，以与第一首选方向成30
°
以上的角度入射于可切换滤光器5的非偏振光至少85％被吸收，其中，此吸收在第一子工作模式b1h下仅发生在第二方向上，在第二子工作模式b1v下仅发生在垂直于第一方向的第二方向上，因此，两个子工作模式b1h、b1v中各个的吸收方向对于第一工作模式b1及第二工作模式b2各相差90
°
。
[0143]
与之前不同的是，此处，两种工作模式均为限制性视野模式的工作模式，其中，防窥保护可在两个相互垂直的方向(例如，水平方向与垂直方向)之间切换。可切换滤光器5的第一技术方案的配置可通过将偏振滤光器p旋转90
°
而在子工作模式b1v与b1h之间变换。
[0144]
在此，也可例如由第一电场ef1或第二电场ef2描述无电场状态，而各另一个电场ef2或ef1具有大于零(例如，0.5mv/m)的绝对场强。因此，根据光学组件1及偏振滤光器p的设计，无电场状态可能意味着存在子工作模式b1h。然而，也可能在无电场状态下存在子工作模式b1v。
[0145]
由此，第一技术方案的可切换滤光器5在与图像再现单元配合作用下，允许在垂直方向上的防窥保护与水平方向上的防窥保护(上/下保护b1v与左/右保护b1h)之间进行转换。以膝上型计算机为例，此则意味着：在子工作模式b1v下，用户可与用户身边的、双眼实质上处于同一高度的其他人一起观看内容，而在子工作模式b1h下，旁边的人看不到图像内容。进一步如前所述，第三技术方案的可切换滤光器5可在结构上变化。
[0146]
最后，图10作为原理简图示出可切换滤光器5的第二技术方案。第一光学组件1的结构与第一技术方案的光学组件1类似地设置，不同的是，其是可切换的，即，层s1、s2中的各个的跃迁偶极矩可在第一状态与至少一个第二状态之间改变其定向及/或其绝对值，以使各个层s1、s2、
…
能够交替置于至少两种不同的状态。第一光学组件1上游或下游设有偏振滤光器p。图中仍未示出用于选择性产生第一电场ef1或第二电场ef2的构件，其中，对于第一光学组件1，第一状态通过施加第一电场ef1而产生，第二状态通过施加第二电场而产生。
[0147]
在施加有第一电场ef1并且第一光学组件1的层s1、s2、
…
的跃迁偶极矩沿第一首
选方向定向，并且具有第一子工作模式b1h及第二子工作模式b1v的第一工作模式b1下，一方面，平行于第一首选方向入射于可切换滤光器5的非偏振光至少24％被透射，另一方面，以与第一首选方向成30
°
以上的角度入射于可切换滤光器5的非偏振光至少85％被吸收，其中，此吸收在第一子工作模式b1h下仅发生在第一方向上，在第二子工作模式b1v下仅发生在垂直于第一方向的第二方向上。此外，优选地，第一首选方向仍平行于绘图面内的、可切换滤光器5的中垂线。关于第一及第二方向的位置，可类似地适用涉及第三技术方案所提出的实施方案。
[0148]
在施加有第二电场ef2的第二工作模式b2下，第一光学组件(1)的层s1、s2、
…
的跃迁偶极矩平行于偏振滤光器p的表面(在此情况下也被称为基板)并垂直于偏振滤光器p的透射方向而定向。于是，以与第一首选方向成任意的角度入射于可切换滤光器(5)的非偏振光至少24％被透射。
[0149]
在此，同样也可例如由电场ef1或电场ef2描述无电场状态，而各另一个电场ef2或ef1具有大于零(例如0.5mv/m)的绝对场强。因此，根据光学组件1及偏振滤光器p的设计，无电场状态可能意味着存在工作模式b2。然而，也可能在无电场状态下存在：具有子工作模式b1h或b1v中的一个的工作模式b1。
[0150]
由此，第二技术方案的可切换滤光器5在与图像再现单元配合作用下，允许在垂直方向或水平方向上的防窥保护与无防窥效果(上/下保护b1v或左/右保护b1h与无防窥保护b3)之间进行转换。
[0151]
对于特殊应用情况，无论采用上述哪种技术方案，可切换滤光器5均可被分成多个可单独切换的部分，从而实现局部的、可在各自可能的工作状态之间的转换。在与图像再现单元配合作用下，这将意味着，例如仅一部分的图像区域可在防窥保护与自由观看的无防窥效果之间转换，而与之互补的图像区域则一直处于防窥模式或处于无防窥模式。甚至可存在多个几何上相互分离的、可单独或共同地在工作模式之间转换的此种部分。
[0152]
如前所述，上述可切换滤光器5可与图像再现单元组合成屏幕。此种屏幕可在至少第一工作状态b1v和/或b3下工作以实现水平方向自由视野模式，可在至少第二工作状态b1h和/或b2下工作以实现水平方向上的限制性视野模式，并且此种屏幕包括：上述四种技术方案之一的、如前所述的可切换滤光器5、以及从观看者6角度看布置于可切换滤光器5下游或上游的图像再现单元。
[0153]
有利地，图像再现单元对应于lcd面板，该lcd面板的一个偏振滤光器对应于偏振滤光器p。由此，其可为lcd结构中的正面偏振器或背面偏振器。此外，有利地，可切换滤光器布置在lcd面板与其背光灯之间，以便在自由视野模式的第一工作状态b3(或b1v)与限制性视野模式的第二工作状态b1h或b2之间转换，原因在于，由于可切换滤光器，背光灯的光在水平方向上有时聚焦(b2或b1h)，有时不聚焦(b3或b1v)。此外，“聚焦”并非指按透镜方式聚焦，而是指根据入射角缩小出射范围或透射率。
[0154]
此种屏幕有利地用于移动设备、汽车、飞机或船舶、支付终端或接入系统。其中，可在上述工作模式之间进行转换以保护敏感数据，即，仅对一个观看者可感知地呈现，或者选择地同时对多个观看者呈现图像内容。
[0155]
在上述光学组件中，进入并通过该光学组件的光根据其入射方向及偏振特性而被透射或者被部分或完全吸收。使用此种光学组件的可切换滤光器根据角度(可选择垂直)影
响光的透射，其中，在此可在至少(就观看者的视角范围而言的)自由视野模式及限制性视野模式的至少两种工作状态之间进行转换。此外，特别地，某些方向上的透射的角度限制是可转换的。该光学组件或基于该光学组件的系统实现成本低，特别是可普遍用于不同类型的屏幕类型，以实现(至少在水平方向上存在的)防窥保护与自由视野模式之间的转换，其中，此种屏幕的分辨率原则上不会降低。
[0156]
上述发明在与图像再现装置配合下可有利地用于显示和/或输入机密数据的各处，如在自动取款机或支付终端上输入pin码或显示数据，或输入密码，或在移动设备上阅读电子邮件。如上所述，本发明也可用于乘用车，以便选择性地对司机或乘客阻截干扰性图像内容。
[0157]
附图标记列表
[0158]
1 第一光学组件
[0159]
2 第二光学组件
[0160]
3 液晶层
[0161]
4 定向层
[0162]
5 可切换滤光器
[0163]
6 观看者
[0164]
7 光学各向异性层
[0165]
a1
…
a5 区域
[0166]
e1、e2 电极
[0167]
e2 第二电场
[0168]
p 偏振滤光器
[0169]
s 透明基板
[0170]
s1
…
s3 层