具有可变透射率的光学元件和具有这种光学元件的屏幕
阅读说明：本技术 具有可变透射率的光学元件和具有这种光学元件的屏幕 (Optical element with variable transmission and screen with such an optical element ) 是由 安德烈亚斯·布雷古拉 安德烈·胡贝尔 扬尼克·布尔金 A·P·纳里 杨进田 马库斯·克里普 于 2020-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种光学元件,包括基本上板状的基底(S),该基底具有构造为光入射面的第一大面和构造为光出射面的第二大面。光学元件还包括设置在第一大面和第二大面之间的流体或支架基质(F),以及能够以电泳或磁泳方式移动的粒子(P),该粒子与一个或多个波长或波长范围的光相互作用。光学元件还包括面状的电磁开关机构,电磁开关机构形成在基底(S)中的一个大面或两个大面上和/或大面之间,并且电磁开关机构在接通状态下产生电磁场,由此粒子(P)在流体或支架基质(F)中移动,使得光学元件对于波长或波长范围的经由光入射面入射到基底(S)中的光的与角度相关的透射率由于与粒子(P)的相互作用而发生改变。光学元件可以以各种方式实现。(The invention relates to an optical element comprising a substantially plate-shaped substrate (S) having a first large surface configured as a light entry surface and a second large surface configured as a light exit surface. The optical element further comprises a fluid or scaffold matrix (F) arranged between the first and second large faces, and electrophoretically or magnetophoretically movable particles (P) which interact with one or more wavelengths or wavelength ranges of light. The optical element further comprises a planar electromagnetic switching mechanism which is formed on and/or between one or both large faces in the substrate (S) and which, in the switched-on state, generates an electromagnetic field, as a result of which the particles (P) move in the fluid or carrier matrix (F) such that the angle-dependent transmission of the optical element for light of a wavelength or wavelength range which is incident into the substrate (S) via the light entry face changes as a result of interaction with the particles (P). The optical element may be implemented in various ways.)
技术领域
近年来，在扩大LCD的视角方面取得了很大进展。然而，通常存在这样的情况，其中，屏幕的非常大的观看区域可能是不利的。可应用在诸如笔记本电脑和平板PC的移动设备上的信息越来越多，诸如银行数据或其它个人信息以及敏感数据。因此，人们需要控制谁可以看见该敏感数据；人们必须能够在较宽的视角之间进行选择以在他们的显示器上与其它显示器共享信息，例如当观看度假照片时，或者也为了广告的目的。另一方面，如果人们想要秘密地处理图像信息，则他们需要较小的视角。
在车辆制造中产生类似的问题：在那里，驾驶员在发动机已启动的情况下不应由于图像内容、例如数字娱乐程序而分心，而副驾驶员却也希望在乘车期间消费该图像内容。因此，需要能够在相应的显示模式之间切换的屏幕。
背景技术
基于微薄层的附加膜已经用于移动显示器，以便实现其视觉上的数据保护。然而，这些膜不能(来回)切换，它们必须总是用手放置，然后再次移除。如果刚好不需要，则也必须将其单独地输送到显示器。此外，使用这种薄层膜的主要缺点与随之而来的光损失相关联。
US 6,765,550 B2描述了这种通过微薄层的看视防护。在此较大的缺点是机械地移除或机械地安装过滤器以及受保护模式下的光损失。
US 5,993,940 A描述了使用在其表面上具有均匀布置的较小棱镜条的膜，以实现隐私模式。开发和制造是相当耗费成本的。
在WO 2012/033583 A1中，借助控制液晶在所谓的“铬电离层”之间产生自由看视和受限看视之间的切换。在此产生光损失并且耗费相当高昂。
US 2012/0235891 A1描述了一种屏幕中的非常昂贵的背光。根据图1和图15，这里不仅使用多个光导，而且还使用其它复杂的光学元件，例如微透镜元件40和棱镜结构50，微透镜元件和棱镜结构将来自后部照明装置的光在通向前照明装置的路径上进行转换。这实施起来很昂贵且复杂，并且同样也与光损失相关联。根据US 2012/0235891中的按照图17的变型方案，两个光源4R和18产生具有较窄的照明角度的光，其中，来自后部光源18的光才复杂地转换成具有较大的照明角度的光。如上所述，这种复杂的转换严重降低了亮度。
根据JP 2007-155783 A，使用特殊的、计算复杂的和待制造的光学表面19，所述光学表面于是将光根据光入射角偏转到各种较窄的或较宽的区域中。这些结构类似于菲涅尔透镜。此外存在干扰边缘，干扰边缘使光在不期望的方向上偏转。因此，还不清楚是否能够实现真正有意义的光分布。
US 2013/0308185 A1描述了一种特殊的设计有阶梯的光导，所述光导根据光导从窄侧开始被照明的方向而在大面上沿不同的方向发射光。因此，在与透射式图像再现装置、例如LC显示器的相互作用下，可以产生能够在自由模式和受限模式之间切换的屏幕。在此不利的是，受限的视觉效果要么仅能针对左/右、要么针对上/下、但不能针对左/右/上/下同时产生，这例如对于特定的计数过程是必要的。此外，即使在受限看视模式下，从被阻挡的视角来看，余光仍然是可见的。
申请人的WO 2015/121398 A1描述了一种具有两个运行模式的屏幕，其中，为了切换运行模式，在相应的光导的体积中存在必需的散射粒子。然而，在那里选择的由聚合物构成的散射粒子通常具有的缺点是，光从两个大面耦合输出，由此有效光的大约一半沿错误的方向、即朝向背光辐射并且在那里由于构造而不能在足够的范围内回收。此外，分布在光导的体积中的由聚合物构成的散射粒子可能尤其在较高的浓度的情况下导致散射效应，所述散射效应在受保护的运行模式下减小了看视防护效果。
上述方法和装置通常具有如下缺点，即，明显降低了主屏幕的亮度和/或需要复杂且昂贵的用于模式切换的光学元件和/或降低了在可自由看视的模式下的分辨率。
发明内容
因此，本发明的目的是描述一种光学元件，光学元件可以根据角度(可选地，垂直地)影响透射率，并且可以在至少两个运行状态之间切换。光学元件应当能够以低成本实现，并且特别地应用于各种类型的屏幕，以允许在看视防护模式与自由观看模式之间切换，其中，这样的屏幕的分辨率基本上不会降低。可选地，光学元件可以在没有薄层状的腔的情况下也能够胜任。
根据本发明，该目的由一种光学元件实现，该光学元件可以以不同的设计方案存在。在任何情况下，光学元件包括大致板状的基底以及流体或支架基质，基底具有作为光入射面的第一大面和作为光出射面的第二大面，流体或支架基质布置在第一大面和第二大面之间，并且包含能够以电泳或磁泳方式移动的粒子，所述粒子与优选在对于人眼可见的范围内的一个或多个波长或波长范围的光相互作用。与光的相互作用通过吸收、反射和/或散射、必要时也通过透射来实现。吸收光的粒子也被称为吸收粒子。反射、散射或在相互作用下输送光的粒子也被称为偏转粒子。
光学元件还包括形成在基底中的一个大面或两个大面上和/或在大面之间的面状电磁开关机构，电磁开关机构在接通状态下产生电磁场，由此粒子在流体或支架基质中移动，使得对于所述波长或波长范围的经由光入射面入射到基底中的光的光学元件的与角度相关的透射率由于与粒子的相互作用而发生改变。术语“电磁开关机构”在此应理解为用于产生电场的纯电气开关机构、用于产生磁场的电磁开关机构以及两者的组合。
在第一替代方案中，粒子吸收或散射所述波长或波长范围的光，并且流体或支架基质包含至多60％体积的粒子，其中，电磁场在大面之间起作用。
在第二、第三和第四替代方案中，光学元件包括多个嵌入基底中的腔，这些腔根据其尺寸单独地形成薄层或者成组地组合，其中，每个组形成一个薄层，薄层在第一大面和第二大面之间延伸，并且每个薄层具有纵向侧和窄侧，每个薄层的窄侧被布置在大面的区域中，并且纵向侧连接窄侧。
在第二种替代方案中，粒子吸收或散射上述波长或波长范围的光，光以一定角度通过光入射面入射到基底中，并打到腔上。在此，腔各自单独地形成薄层并且填充有流体，其中，流体包含至多50％体积的粒子，优选针对更大的运动自由度包含至多20％体积的粒子，并且电磁开关机构在接通状态下产生在腔中起作用的电磁场。
在第三替代方案中，填充这些腔的流体或支架基质含有至多95％体积的粒子。在此，粒子可以至少包括吸收所述波长或波长范围的光的第一类型的第一粒子PA和/或反射和/或散射所述波长或波长范围的光的第二类型的第二粒子PB。在仅存在一种粒子(第一类型的第一粒子PA或第二类型的第二粒子PB)的情况下，流体或支架基质起到其它类型粒子的作用。总体上，由于电场，光学元件对于所述波长的以一定角度经由光入射面入射到基底中的光的与角度相关的透射率发生改变，使得光打到薄层上。
最后，在第四替代方案中，用来填充腔的流体或支架基质同样包含至多95％体积的粒子，粒子被构造为所谓的Janus粒子。在此，术语“Janus粒子”理解为微粒子或纳米粒子，微粒子或纳米粒子的表面在分开的区域中具有至少两种彼此不同的物理特性。例如，球形粒子可以被分成两个半球，其中，每个半球具有不同的特性，这例如可以通过相应的涂层/功能化来实现，或者也可以通过固有的结构差异来实现。这样，Janus粒子分别具有至少一个带有第一结构P1的区域和不同于第一结构的具有第二结构P2的第二区域，其中，第一结构P1吸收所述波长或波长范围的光，并且第二结构P2反射和/或散射所述波长或波长范围的光。以这种方式，光学元件对于所述波长的以一定角度经由光入射面入射到基底中的光的与角度相关的透射率也发生改变，使得光打到薄层上。
有利地填充腔的支架基质例如设计为聚合物基质，优选设计为凝胶基质。流体可以是极性或非极性的。此外，流体例如可以由水、油、甲苯或甲醛组成，也可以与10％体积的铁磁流体和/或电解质混合。
能够以电泳或磁泳方式移动的粒子PA吸收光的一个或多个波长或波长范围优选位于可见光谱中，并特别优选完全覆盖该可见光谱。然而，例如当期望影响UV光或IR光时，出于特殊目的，波长或波长范围也可以在可见光谱之外，例如出于测量技术的目的。
板状基底的第一大面和第二大面优选彼此平行地设置。然而，在特定的设计方案中，例如当光学元件的特定的与角度相关的透射率被实现时，第一大面和第二大面也可以被布置为彼此不平行，例如，在至多20度的限定角度内彼此楔形地布置。
板状基底的构造为光入射面的第一大面通常从观察者的角度观察位于基底的背面，并且根据光学元件的应用场景，例如与图像再现装置、光源或空气体积相邻。然后，光离开最后提到的物体通过所述光入射面入射到基底中。
根据第一替代方案或第二替代方案的粒子以及根据第三替代方案的第一类型的第一粒子PA可以是纳米粒子、量子点和/或着色剂，粒子具有最大200nm、优选最大100nm、优选最大50nm、特别优选最大20nm的空间延伸。然而，也可以是其它设计方案。“空间延伸”是指在三维空间中的最大延伸长度或流体动力学半径，这取决于二者中较大的尺寸。因此，在球形粒子的情况下为直径。在链状粒子的情况下，是粒子表面上的两个点彼此间可以相应地具有的最大可能的距离。
根据第一替代方案或第二替代方案的这些粒子以及根据第三替代方案的第一类型的第一粒子PA可以被构造为BPQD(黑磷酸根)、硫化铅(PBS)、CdTeSe量子点、偶氮着色剂和/或金属氧化物粒子，优选由铬(IV)氧化物或Fe2O3构成，并且具有2nm至50nm的尺寸，包括相应端值。
替代地，根据第一替代方案或第二替代方案的所述粒子以及根据第三替代方案的第一类型的第一粒子PA可以形成为顺磁性体，优选为具有至少100nm直径的球体，由相对磁导率在0.5(0.75更好)和2之间，特别优选具有相对磁导率1的顺磁性或反磁性载体材料，优选由三聚氰胺树脂或聚苯乙烯形成，其中，所述体涂覆有相对磁导率大于10的顺磁性或超顺磁性的纳米粒子、优选Fe2O3纳米粒子，或者通过这些纳米粒子渗透载体材料。其它的实现变型方案同样是可能的。
在第三替代方案的情况下，第一粒子PA和/或第二粒子PB有利地嵌入位置固定的胶囊体中，这些胶囊体定位在腔的边缘面上或者形成腔。如上所述，第一粒子PA有利地构造为纳米粒子。第二粒子PB有利地形成为直径在5nm至5000nm之间的透明的或反射性的球体。
在第四替代方案的情况下，所述粒子P设计成位置固定地定位在腔R的边缘面上的Janus粒子，但这些粒子可以自由地转动。
在该第四变型方案中，粒子P被设计为具有球形表面的Janus粒子，其中，第一区域和第二区域分别由球形表面的半球构成。在此，粒子P优选构造为微粒子并且具有最大200μm、优选最大50μm、特别优选最大20μm的空间延伸。尤其可以考虑，由透明的材料，优选聚苯乙烯、三聚氰胺树脂或二氧化硅形成Janus粒子，并且所述半球之一覆盖有金属层或金属纳米粒子层以实现电泳特性。
此外，Janus粒子还可以由透明材料形成，优选由乳胶、PMMA、聚苯乙烯、三聚氰胺树脂或二氧化硅形成，并且为了实现磁泳特性，半球之一通过铁磁性的和吸收性的金属氧化物层或铁磁性的纳米粒子层覆盖，优选通过Fe2O3纳米粒子层、Fe3O4纳米粒子层或FeO纳米粒子层覆盖，而另一半球用反射层，优选银层或铝层，或白色层覆盖。
如上所述，球形的Janus粒子的基本特征在于其具有实现彼此不同的物理特性的两个半球。第一半球旨在散射或反射入射在其上的光，并吸收另一入射光。因此，吸收光反第一半球满足第一类型的第一粒子PA的特性，散射/反射光的第二半球满足第二类型的第二粒子PB的特性。
例如，适用于根据本发明的光学元件中的Janus粒子可以以以下方式设计：a)如上所述：透明球体(聚苯乙烯、三聚氰胺树脂或二氧化硅)或具有吸收性半球的散射性球体；b)具有反射性半球的有色球体或黑色球体；以及c)具有各一个反射性半球和各一个吸收性半球的球体。
散射性球体例如可以借助于在聚苯乙烯球体中的TiO2纳米粒子或二氧化硅纳米粒子来实现。通常可以考虑具有白色散射性或者反射性的所有合适的材料。所使用的纳米粒子相对于Janus粒子的球体材料的折射率对比使得透明的球体散射。
替代地，作为Janus粒子的实现方案，也可以使用彩色或黑色的球体，例如由聚苯乙烯制成，并且填充有吸收性的纳米粒子、量子点或着色剂。这种示例与粒子PA的示例相同。也可以使用具有铁磁特性的铬(IV)氧化物球体。
反射性的半球例如可以借助由铝、铬、银或其它金属构成的膜或纳米粒子进行转化，如针对第二类型的第二粒子PB所描述的那样。对于吸收性半球，例如碳、铬(IV)氧化物、Fe2O3、Fe3O4或FeO可以作为膜或如针对PB所述的平面纳米粒子。
电泳特性由表面的特性决定。这可以通过表面功能化来改进或控制。为了使Janus粒子是磁泳的，或者球体本身、即球体的材料必须是磁泳的，或者半球之一、即在该半球中的表面涂层必须是磁泳的。磁性材料例如是镍、铁或氧化铬(IV)。在选择材料时必须注意，球体的磁偶极子是永磁的，以便可以有针对性地旋转Janus粒子。这例如可以通过铁磁性的Janus粒子实现。
通常，Janus粒子的直径大于200nm，并且所涂覆的层的厚度大于10nm，但是也可以超过或低于这些值。
还有利的是，所有存在的粒子P还具有表面功能化，确切地说具有较高的Z电势，一方面用作流体或支架基质中的稳定，并且另一方面用于改善电泳，即对电泳的促进，只要涉及能够电泳移动的粒子。这例如可以通过用于含水体系的PVP(聚乙烯吡咯烷酮)或PEG(聚乙二醇)来转化。
在第二、第三和第四替代方案的情况下，光学元件包括多个嵌入基底中的腔，这些腔根据腔的尺寸形成单个薄层或者被成组地组合，其中，每个组形成一个薄层。这些单独或成组组合的、构造成薄层状的、具有在第一大面和第二大面之间延伸的纵向侧和窄侧的腔例如可以平行于大面取向并且具有长方体形状。然而，也可以是梯形或弯曲的(例如弧形的)窄侧。在此，薄层状的构造应理解为，沿着纵向侧的尺寸明显长于沿着窄侧的尺寸，例如就像梳子的尖齿或百叶窗的薄层一样。多个薄层通常也沿着其纵向方向彼此平行地设置；也可以考虑栅格状的布置。
在长方体形状的情况下(排除作为特殊情况的立方体形状)，则窄侧是具有较小面积的长侧，即纵向侧，纵向侧通常又具有腔的所有六个表面的最大面积。通常，窄侧平行于或(除了进一步在下面还将描述的倾斜角之外)平行于基底的大面来布置，而纵向侧垂直于或(除了倾斜角之外)垂直于基底的大面来布置。相反，剩下的外侧面是两个表面，这两个表面不体现为窄侧和纵向侧。此外，明确地可行的是，这些腔至少部分地在基底的一个或两个大面上突出。
有利地，这些腔填充有支架基质，该支架基质被构造为聚合物基质，例如被构造为凝胶基质。这种聚合物基质具有特征性的网眼尺寸。通过该网眼尺寸，较小粒子P比较大粒子P具有更小的“阻力”，并且因此较小粒子P和较大粒子P以不同的速度移动。一方面，如果这些粒子被设计为第一类型的第一粒子PA和第二类型的第二粒子PB，这对于控制响应时间和加速粒子P的均匀分布是有利的；然而，这对于胶囊体和Janus粒子是无关紧要的。另一方面，这种聚合物基质具有的优点是，其强烈地阻止扩散，并且粒子P因此不会自动移动，这对于胶囊体是有利的。
如果腔填充有流体，那么在散射粒子P的情况下，相对于流体的折射率对比是必要的。腔中的流体可以是极性或非极性的。此外，流体可以主要由例如水、油、甲苯或甲醛组成，也可以与电解质混合。
在第二替代方案至第四替代方案的情况下在基底中的流体腔的一个或多个侧面上构造成面状的电磁开关机构例如设置在相应的腔的窄侧上。
优选在所有的替代方案中粒子P被充电并且电磁开关机构被构造为用于产生静态或动态电场的电极，或者粒子是磁性的，特别是顺磁性的或超顺磁性的，在这种情况下，电磁开关机构被构造为用于产生静态或动态磁场的导电层。电场或磁场的施加导致电场或磁场中的电泳或磁泳的粒子在流体或支架基质中移动。
例如，在施加均匀电场的情况下，在第二至第四替代方案的情况下，或者在两个电极之间，相应的电场线平行地形成在腔的中心，并且在边缘处显示出更大的平行性偏差，在第一替代方案的情况下，该两个电极在大面上彼此相对。然而，其它设计方案也是可能的。
在施加电磁场、尤其是静电场时，对于粒子的移动起主要作用的物理效应是(双)电泳或磁泳。对于没有施加电场或施加磁场的情况，粒子尤其由于扩散而在腔中移动并且因此在时间上均匀地分布。此外，对于不大于50nm的粒子，重力不起作用；也就是说，在第二至第四替代方案的情况下粒子在腔中的竖直位置不改变，或者在第一替代方案的情况下，光学元件在腔中的竖直位置不改变，也就是说，粒子悬浮地保持在流体或凝胶基质中。
在第一、第三或第四替代方案的情况下，电极可以被布置为与基底S的第一大面平行、垂直或者成另一限定角度。在第三替代方案的情况下，粒子P包括第一粒子PA和/或第二粒子PB，第一粒子PA和第二粒子PB能够沿着电场或磁场实施平移运动。在第四替代方案的情况下，如果粒子P被设计为Janus粒子，则该运动优选是围绕平行于薄层的纵向侧或窄侧的预定轴线的旋转运动。
借助于电磁开关机构和控制电路限定至少两个运行状态，其中，在第一运行状态B1下，基于基底的第二大面的面法线在大于30°至90°的角度范围内，与角度相关的透射率为大于50％，并且在第二运行状态B2下小于50％。
在第一替代方案的情况下，角度范围例如在包含作为面法线的中垂线的平面(即，垂直于基底S的第二大面)内测量，并且从观察者的角度来看水平布置，即通常被定位为使得观察者的眼睛位于该平面中或者连接观察者的眼睛的直线平行于该平面。该限定也适用于进一步的观察。在第二至第四替代方案的情况下，角度范围取而代之地在垂直于薄层状腔或薄层的纵向延伸方向的方向上测量。该方向通常也设置成，使得观察者的眼睛位于包含该方向的平面内或者连接观察者眼睛的直线平行于该平面。纵向延伸方向在此通过每个腔或薄层的两个外侧面的表面中心点的连接直线来限定。
在该意义上，角度范围则分别包括在该平面中+/-30°至+/-90°的角度(即分别从-90°至-30°并且同时+30°至+90°，但不在-30°至+30°之间)。角度范围也可以变化，并且代替+/-30°，也包括+/-10°到+/-90°、+/-20°到+/-90°、+/-45°到+/-90°或+/-25°到+/-90°的范围。在90°时，该角度位于基底的表面上。
同样在本发明的范围内的是，可以调整多于两个的运行状态B1、B2、B3等。为此，例如相对于上述的用于运行状态B1和B2的变型方案，在第三(第四、第五、…)运行状态下施加另一电磁场，这导致粒子或粒子类型的输出度在运行状态之间显著不同，从而总共实现三个或更多不同的与角度相关的透射率。这例如对于与角度相关的变暗可以是有利的。最后，其它运行状态仅涉及运行状态B2的不同设计方案。
换言之，不同的运行状态B1、B2的区别尤其在于，腔中(或者在第一替代方案的情况下基底内部)的粒子的相应的局部浓度和定位被改变，以便基于通过粒子的吸收来改变透射特性。
下面描述各个替代的实施方案的优选设计方案。首先描述第一替代方案的设计方案。
对于没有腔的第一替代方案，实现第一设计方案，方式为，将电磁开关机构的第一部分构造为第一大面和/或第二大面上的面状的电极E1，并且将电磁开关机构的第二部分构造为第一大面和第二大面之间的呈薄层形式的电极E2。薄层与第一大面或第二大面的面法线围成在0°至30°之间的角度。在第一运行状态B1下，多于70％的粒子分别位于电极E1上或附近，并且在第二运行状态B2下，多于70％的粒子分别位于电极E2上或附近。在关于基底的第二大面的面法线大于30°的角度范围内，这导致与角度相关的透射率在第一运行状态B1下大于60％，并且在第二运行状态B2下小于10％，其中，在此适用如上文针对第一替代方案所解释的限定。
这种设计方案的优点是，不需要用于使流体或支架基质和处于其中的粒子通道化的腔或类似物。在粒子移动后对这些粒子的最终定位基本上使得这些腔的存在变得多余。
电极E2例如可以构造为条状，并且然后或者平行地或者栅格状地以交叉的区域布置。相应地，光学元件相对于一个或两个彼此垂直的平面的与角度相关的透射特性来设计。但是，也可以将该设计方案设计为单个的面状电极，例如由覆盖表面的蜂窝体形成，其中，可以共同地但是也可以单独地控制这些电极。
呈薄层形式的电极E2一方面可以全部以与基底的第二大面相同的角度、尤其是分别基本上平行于基底的中垂线地取向。
然而，与此不同，电极E2也可以相对于基底的中垂线在-10°至+10°的角度范围(“倾斜角”)内倾斜，必要时甚至在-30°至+30°之间的角度范围内倾斜，例如以便产生薄层相对于位于其前方的观察者的某种聚焦效应。特别是在运行状态B2下，该设计方案也影响光学元件的透射的角度相关性。通过所述偏斜角，例如当期望以特别陡的角度的较小地透射时，将通过根据腔的电极形状和电极位置的粒子吸收和粒子位置引起的与角度相关的吸收倾斜一个固定的偏移角。
例如，电极E2的薄层形状可以具有最小5μm和最大300μm的高度，该高度在垂直于基底的第二大面的平面中测得。然而，偏离这些典型的尺寸是可能的，并且也在本发明的范围内。
然而，在该第一设计方案的变型方案中，可以可选地存在用于容纳流体或支架基质的腔状薄层，腔状薄层特别优选地平行于电极E2。因此，光学元件的压力敏感性降低，因为当压力施加到光学元件上时，粒子不能远离电极E2移开。
本发明的第一替代方案的第二设计方案也被设计成，使得所有电磁开关机构被构造为第一大面和第二大面上的面状电极EPN，面状电极具有在正负之间可逆的极性。在第一运行状态B1下，第一大面上的电极EPN具有正极，并且第二大面上的电极EPN具有负极，或者反过来，第一大面上的电极EPN具有负极，并且第二大面上的电极EPN具有正极。由此，多于70％的粒子相应地不比流体或支架基质的厚度的最大四分之一更远地远离电极EPN和/或以分散分布的方式定位在流体或支架基质中。在第二运行状态B2下，沿着第一大面或第二大面的面法线观察，第一大面上的负极化的电极EPN与第二大面上的负极化的电极EPN相对放置，并且第一大面上的正极化的电极EPN与第二大面上的正极化的电极EPN相对放置。在此，沿着优先方向在每个大面上的两个正极化电极EPN之间布置一个负极化电极EPN，并且在两个负极化电极EPN之间布置一个正极化电极EPN。以这种方式，多于70％的粒子分别位于相同极性的电极EPN之间，由此与角度相关的透射在第一运行状态B1下大于60％并且在第二运行状态B2下小于5％。这适用于相对于基底的第二大面的面法线并且在垂直于电极EPN的纵向延伸方向的方向上测量的角度范围优选为+/-30°至+/-90°(即分别从-90°至-30°并且同时从+30°至+90°、但不在-30°和+30°之间)。角度范围也可以变化，并且代替+/-30°，也包括+/-10°到+/-90°、+/-20°到+/-90°、+/-45°到+/-90°或+/-25°到+/-90°的范围。所述的优先方向在此例如可以平行于基底的第二大面取向并且对于设置在光学元件之前的观察者而言在水平位置中取向，如在上面已经阐述的那样。
在第一替代方案的第三设计方案中，除粒子P外，在流体或支架基质F中还包含其它粒子PC，其中，与吸收光的粒子P相比，其它粒子PC反射和/或散射和/或透射一个或多个波长或波长范围的光。在此，所有电磁开关机构都构造为具有在正负之间可逆的极性的面状电极EPN并且设置在第一大面和第二大面上。在此沿着第一大面或第二大面的面法线看，第一大面上的负极化的电极EPN与第二大面上的负极化的电极EPN相对放置，并且第一大面上的正极化的电极EPN与第二大面上的正极化的电极EPN相对放置。在如上所述的优先方向上，在每个大面上的两个正极化电极EPN之间布置一个负极化电极EPN，并且在两个负极化电极EPN之间布置一个正极化电极EPN，只要不把没有电极的空穴布置在两个正极化电极EPN或两个负极化电极EPN之间。空穴被周期性地布置。粒子P相应地具有一种电荷极性，并且其它粒子PC具有另一种电荷极性。
在两个运行状态B1和B2下，多于70％的粒子P分别位于正极化电极EPN之间，并且与之互补地多于70％的其它粒子PC分别位于负极化电极EPN之间，或者反过来，多于70％的粒子P分别位于负极化电极EPN之间，并且与之互补地多于70％的其它粒子PC分别位于正极化电极EPN之间。在此，在第一运行状态B1下，其它粒子PC分别定位在分别邻接于空穴的同极电极之间，并且在第二运行状态B2下，粒子P分别定位在分别邻接于空穴的同极电极之间。以这种方式可以实现，在关于基底S的第二大面的面法线大于30°的角度范围内，与角度相关的透射率在第一运行状态B1下大于60％并且在第二运行状态B2下小于5％。。该角度也可以发生变化，例如10°、20°或25°；对于角度范围类似地适用上面已经对第一替代方案所做的说明。
使光散射的待电泳移动的其它粒子PC能够由具有20nm至10μm之间的粒度的聚苯乙烯、三聚氰胺树脂或二氧化硅形成，和/或反射光的其它粒子PC能够形成为具有10nm至50nm之间的粒度的银纳米粒子。对于这种其它粒子PC的磁泳而言必须具有相同的顺磁特性。这可以通过将顺磁性粒子引入其它粒子PC而实现。为此例如可以使用镍纳米粒子，其它粒子PC可以被镍纳米粒子所渗透和/或涂覆。
在该第三实施例的技术上等同的变型方案中，可以存在含有散射光的凝胶基质FS的层状形成和层状布置的腔，因此替代其它粒子PC，即，使用腔来替代其它粒子PC。在该散射的凝胶基质FS内部，粒子P则可以根据运行状态来回移动。
第一替代方案的第一变型方案使用组合成薄层的腔，该第一变型方案包括基本上板状的基底S，该基底具有构造为光入射面的第一大面和构造为光出射面的第二大面。该第一变型方案还包括多个嵌入基底S内的腔，这些腔根据其尺寸单独地形成薄层或成组地组合，其中，每个组形成一个薄层。每个薄层具有在第一大面和第二大面之间延伸的纵向侧和窄侧，其中，每个薄层的窄侧布置在大面的区域中并且纵向侧连接窄侧。在此，作为该设计方案的特点，在薄层之间的空间包含至少一个不透明的材料，即对于可见光不透明的材料。这些腔填充有流体或支架基质，流体或支架基质含有至多50％体积的、优选至多20％体积的能够以电泳或磁泳方式移动的其它粒子PC，该其它粒子反射和/或散射对于人眼可见的范围内的一个或多个波长或波长范围的光，必要时也可透射并且在此折射地和/或衍射地偏转。最后，在基底中的薄层的窄侧上构造有电磁开关机构，所述电磁开关机构在接通状态下产生在薄层中起作用的电磁场，由此使流体或支架基质中的其它粒子PC移动。以这种方式，光学元件对于由其它粒子PC反射和/或散射的波长或波长范围的光的与角度相关的透射率发生改变，光以一定角度经由光入射面入射到基底中，使得光打到薄层上。
优选地，在第一替代方案的该第一变型方案中，在第一状态B1下，其它粒子PC的至少70％布置在薄层的上部的窄侧附近。由此，由于薄层之间的不透明材料而在其传播方向上受限制的光在其上部的窄侧上借助于其它粒子PC在多个方向上散射和/或反射，光通过光入射侧侵入到基底中并且在薄层内部传播。在第二状态B2下，其它粒子PC的至少70％布置薄层的下部的窄侧附近，由此通过光入射侧侵入到基底S中的光由于其它粒子PC的作用而散射和/或反射，然而，在其传播方向上被薄层之间的不透明的材料所限制。
该第一替代方案的用于特殊应用场景的第二变型方案首先同样包括板状基底，基底具有构造为光入射面的第一大面和构造为光出射面的第二大面。第二变型方案还包括流体或支架基质，流体或支架基质被布置在第一大面和第二大面之间，并且包含至多60％体积的能够以电泳或磁泳方式移动的粒子P，该粒子吸收或散射一个或多个波长或波长范围的光。在此存在大量粒子。第一替代方案的第二变型方案还包括形成在基底的一个或两个大面上和/或大面之间的面状电磁开关机构，在接通状态下，电磁开关机构产生在大面之间起作用的电磁场，从而移动流体或基质F中的粒子。由此，光学元件对于由粒子吸收的所述波长或波长范围的光的透射率发生改变，其中，关于基底的第二大面的面法线的方向透射率在第一运行状态B1下大于50％并且在第二运行状态B2下小于50％。
电磁开关机构在这种情况下例如可以是蜂窝形、圆柱形、或矩形的并且部分地或基本上填充整个基底。
光学元件的第一替代方案的第二变型方案尤其可用于控制透射方面的垂直的(同时与其结合，但还控制非垂直的)光渗透。这种应用场景例如是轿车中的玻璃的完全变暗或部分变暗，以便根据情况避免驾驶员的炫目。在这种情况下，光学元件可以被构造成板状的平面，但也可以构造有弯曲的表面，例如作为挡风玻璃的一部分。此外，借助其它光学元件例如可以实现可转换的镜。
下面探讨本发明的第二替代方案的不同的优选的设计方案，该设计方案包括组合成薄层的腔，所述腔在下面也被称为流体腔。
在该第二替代方案的优选的改进方案中适用的是，在第一运行状态B1下，多于70％的粒子分别定位在流体腔的在其上构造有电磁开关机构的侧面上的区域中。在第二运行状态B2下，开关机构被配置成，使得不存在静态的电磁场或者存在交变的电磁场，多于50％的粒子大部分由于扩散和/或交变的电磁场而主要均匀地分布在流体腔中。由此，与角度相关的透射率在第一运行状态B1下大于60％而在第二运行状态B2下小于5％。这又适用大于30°的角度范围。该角度也可以变化，例如分别相对于基底的第二大面的面法线并且在垂直于薄层状流体腔的纵向延伸方向的方向上测量该角度为10°、20°或25°。在第二至第四替代方案的情况下，上面已经提到的关于角度范围的说明适用。
在第二替代方案的用于特殊应用的第一变型方案中，光学元件包括基本上板状的基底以及多个嵌入基底中的流体腔，基底具有构造为光入射面的第一大面和构造为光出射面的第二大面，流体腔分别具有一个或多个表面。流体腔填充有流体，该流体含有至多20％体积的能够以电泳或磁泳方式移动的粒子，这些粒子吸收或散射一个或多个波长或波长范围的光。在基底中的流体腔的一个或多个表面上形成有电磁开关机构，该电磁开关机构在流体腔中在接通状态下产生在流体腔中起作用的电磁场。因此，粒子在流体中移动，使得光学元件对于被粒子吸收的波长或波长范围的光的透射率发生改变。在此，关于基底的第二大面的面法线的方向，透射率在第一运行状态B1下大于50％，并且在第二运行状态B2下小于50％。
在这种情况下，流体腔可以是例如蜂窝形、圆柱形或矩形的，并且可以填充部分基底或基本上整个基底。光学元件的第二替代方案的该第一变型方案、如第一替代方案的第二变型方案尤其可用于控制透射方面的垂直的(同时与其结合，但还控制非垂直的)光渗透。这种应用场景例如是轿车中的玻璃的完全变暗或部分变暗，以便根据情况避免驾驶员的炫目。此外，借助其它光学元件例如可以实现可变暗的镜。
下面的段落描述第三替代方案和第四替代方案的优选设计方案。
对于粒子P包括第一粒子PA和第二粒子PB的应用场景，例如在第二运行状态B2下，多于70％第一粒子PA相应地被定位在薄层的纵向侧上，并且对于粒子P被设计为Janus粒子的情况，粒子P的第一结构P1相应地被定位在薄层的纵向侧上。在第一结构P1的情况下，所述第一结构面向纵向侧并且第二结构P2背离纵向侧。相反，在第一运行状态B1下，多于70％的第二粒子PB或者说粒子P的第二结构P2分别定位在薄层的纵向侧上。在第二结构P2的情况下，所述第二结构面向纵向侧并且第一结构P1背离纵向侧。因此，在关于基底的第二大面的面法线大于30°的角度范围内并且在垂直于薄层的纵向延伸方向的方向上测量，与角度相关的透射率在第一运行状态B1下大于60％并且在第二运行状态B2下小于5％。关于角度范围，上面已经做过的说明适用。
与此相对地，也可能的是，在第一运行状态B1下，第一粒子PA或粒子P的第一结构P1的多于70％分别定位在薄层的窄侧上，其中，在第一结构P1的情况下，这些第一结构面向窄侧并且第二结构P2背离窄侧。在第二运行状态B2下，第二粒子PB或者粒子P的第二结构P2的多于70％分别定位在薄层的窄侧上，其中，在第二结构P1的情况下，这些第二结构面向窄侧并且第一结构P2背离窄侧。因此，在关于基底的第二大面的面法线大于30°的角度范围内并且在垂直于薄层的纵向延伸方向的方向上测量，与角度相关的透射率在第一运行状态B1下大于60％并且在第二运行状态B2下小于5％。
对于第二替代方案到第四替代方案，还适用是，在电磁开关机构仅在基底中的腔的一个表面上形成为面状的情况下，在处于接通状态下的腔中，电磁开关机构可产生与所谓的IPS(“面内切换”)LCD面板中使用的电磁场类似的、在腔内起作用的电磁场。
有利地，对于包括其变型方案在内的所有四个替代方案来说，电磁开关机构对于垂直地经由光入射面入射到基底S中的光来说在人眼可见的波长范围内至少50％是透明的。在此，例如电磁开关机构可以是氧化铟锡层(ITO层)。
同样地，在包括其变型方案在内的所有四个替代方案中，电磁开关机构以及流体腔如果存在的话还可被划分成多个可单独切换的部段，从而实现在第一运行状态B1与第二运行状态B2之间的局部的可切换性。在此，局部的可切换性是指，不是在所有的腔中同时地在刚和B2之间变换运行状态，而是在光学元件上同时存在具有两个运行状态B1和B2的区域。有利的是，例如当在屏幕前面使用光学元件时，从相对于侧面多于30度的视角所显示的部分图像内容是可见的而其它部分是不可见的。
在另一有利的设计方案中，在流体中存在多种类型的粒子，这些粒子在其吸收特性或反射特性、散射特性或透射特性和/或其在电磁场中的输送特性方面不同。术语“输送特性”尤其是指粒子在(双)电泳或磁泳的情况下、即在场内输送时的特性。这种变型方案尤其在纳米粒子的情况下出现：在此，粒子类型的区别例如在于粒度和/或表面功能，即区别在于Z电势。在使用量子点或着色剂作为粒子的情况下，并且如果量子点或着色剂是发荧光的，优选地还使用所谓的“猝灭剂”材料，以便同样避免荧光。
如在第二至第四替代方案中，如果光学元件具有腔或薄层，则薄层或腔可以彼此平行地或具有交叉区域的栅格形地来取向。于是，设计相应地光学元件相对于一个或两个彼此垂直的平面的与角度相关的透射特性。在优选的应用场景中，腔、特别是腔的纵向侧各自平行于基底上的中垂线地取向。
然而，与此相对地，也可以使腔相对于基底的中垂线在-30°至+30°、甚至可能在-30°至+30°之间的角度范围(“倾斜角”)内倾斜。该设计方案也影响光学元件的特别是在运行状态B2下的透射的角度相关性。通过所述的偏斜角或倾斜角，例如当期望以特别陡的角度的较小地透射时，通过粒子吸收和在腔内部的粒子位置引起的与角度相关的吸收倾斜某个固定的偏移角度。然而，特别地，在受限模式下，最佳视角也围绕倾斜角从0°倾斜，这例如在收银台或车辆中的屏幕处可能是有利的。
示例性地，形成为薄层状的流体腔在平行于基底的主延伸方向的第一平面中的宽度在2μm与30μm之间(流体腔的纵向侧与纵向侧的距离)且分别彼此间隔最小10μm和最大150μm(紧邻的流体腔的紧邻的纵向侧与纵向侧的距离)。最后，在垂直于第一平面的平面中测量，薄层状的腔R可以具有最小10μm和最大300μm的高度(窄侧到窄侧的距离)。然而，偏离这些典型的尺寸是可能的，并且也在本发明的范围内。
本发明具有特殊的意义，因为根据包括其变型方案在内的第一、第二、第三或第四替代方案的光学元件被应用于屏幕，该屏幕可以在用于自由看视模式的第一运行状态B1下运行并且在用于受限看视模式的第二运行状态B2下运行。这种屏幕包括至少一个如上所述的光学元件和从观察者观察布置在所述至少一个光学元件前面或后面的图像再现单元。使用两个优选相同构造的、彼此堆叠的光学元件改善在运行状态B2下的感知。在此特别有利的是，虽然这些光学元件是相同类型的，但是薄层、腔等彼此相对扭转预定的角度地布置在大面之一的平面中或布置在屏幕的俯视图中。该预定角度可以至多到25°并且优选为16°。
图像再现单元例如是OLED显示器、LCD、SED、FED、微LED显示器或VFD。由于光学元件与图像再现单元的类型无关地起作用，因此也可以考虑任何其它类型的屏幕。
此外，例如可以在具有背光的图像再现单元中，例如在LCD屏幕中使用根据本发明的光学元件。在此，光学元件有利地设置在图像再现面板(即LCD面板)和背光之间，以便在用于自由看视模式的第一运行状态B1和用于受限看视模式的第二运行状态B2之间切换，因为背光的光由于光学元件而一次聚焦(B2)而一次不聚焦(B1)。“聚焦”在此不是指按照透镜的类型的聚焦，而是指根据本发明的光学元件的相应的透射特性使发射区域变窄。
如果上述参数在一定的范围内变化，那么原则上本发明的性能保持不变。
应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面将要解释的特征不仅可以以所述组合使用，而且可以以其它组合使用或单独使用。
附图说明
下面借助于实施例参照附图更详细地解释本发明，附图同样公开了本发明的重要特征。这些实施例仅用于说明的目的，并且不应被解释为限制性的。例如，描述具有多个元件或部件的实施例不应被解释为指示所有这些元件或部件对于实现是必需的。相反，其它实施例可包括替代元件和部件、更少的元件或部件、或附加的元件或部件。除非另有说明，否则不同实施例的元件或部件可以彼此组合。针对实施例中的一个实施例描述的修改和变型方案也可以适用于其它实施例。为了避免重复，相同或彼此相应的元件在不同的附图中通过相同的附图标记表示并且不作多次阐述。其中：
图1示出第一设计方案中的根据第一替代方案的光学元件在运行状态B1下的原理图；
图2示出第一设计方案中的根据第一替代方案的光学元件在运行状态B2下的原理图；
图3示出第二设计方案中的根据第一替代方案的光学元件在运行状态B2下的原理图；
图4示出第二设计方案中的根据第一替代方案的光学元件在第一变型方案中的运行状态B1下的原理图；
图5示出第二设计方案中的根据第一替代方案的光学元件在第二变型方案中的运行状态B1下的原理图；
图6示出第三设计方案中的根据第一替代方案的光学元件在运行状态B1下的原理图；
图7示出第三设计方案中的根据第一替代方案的光学元件在运行状态B2下的原理图；
图8示出第一替代方案的第一变型方案中的光学元件在运行状态B1下的原理图；
图9示出第一替代方案的第一变型方案中的光学元件在运行状态B2下的原理图；
图10示出第一替代方案的光学元件的示例性效果的原理图，以及示出在两个运行状态B1和B2下关于不同角度上的透射的变型方案；
图11以剖视图示出在第一替代方案的第二变型方案中的光学元件的原理图；
图12以俯视图示出图11的光学元件的原理图，其中，该光学元件处于运行状态B1下；
图13以俯视图示出图11中的光学元件的原理图，其中，该光学元件处于运行状态B2下；
图14示出根据第二替代方案的光学元件在运行状态B1下的原理图；
图15示出根据第二替代方案的图14的光学元件在运行状态B2下的原理图；
图16以俯视图示出图14中的光学元件的原理图，其中，局部不同地接通两个运行状态B1和B2，并且流体腔彼此平行地布置；
图17以俯视图示出图14中的光学元件的原理图，其中，局部不同地接通两个运行状态B1和B2，并且流体腔彼此交叉地设置；
图18以剖视图示出第二替代方案的第一变型方案中的光学元件的原理图；
图19结合光学元件的第三替代方案示出胶囊体内的两种不同粒子类型的原理图；
图20结合光学元件的第四替代方案示出Janus粒子的第一设计方案；
图21结合光学元件的第四替代方案示出Janus粒子的第二设计方案；
图22结合光学元件的第四替代方案示出Janus粒子的第三设计方案；
图23以剖视图示出根据第三或第四替代方案的光学元件的第一设计方案在运行状态B1下的原理图；
图24以剖视图示出根据第三或第四替代方案的光学元件的第一设计方案在运行状态B2下的原理图；
图25以剖视图示出根据第三或第四替代方案的光学元件的第二设计方案在运行状态B1下的原理图，以及
图26以剖视图示出根据第三或第四替代方案的光学元件的第二设计方案在运行状态B2下的原理图。
具体实施方式
附图不是按比例绘制的并且仅表示原理图。此外，为了更清楚起见，通常分别示出仅少量选择的电极、光束、粒子等，尽管在实际中这些电极、光束、粒子等可以存在相当多的数量。下面描述四种不同的替代方案，这些替代方案尤其涉及基底本身的特性和粒子的特性并且具有对于每种替代方案不详细重复的共同性。
因此，在图1中描述了第一设计方案中的根据第一替代方案的第一光学元件处于运行状态B1下的原理图，并且在图2中描述了处于运行状态B2下的原理图。该光学元件包括基本上板状的基底S，基底具有构造为光入射面的第一大面和构造为光出射面的第二大面。该光学元件还包括流体或支架基质F，流体或支架基质布置在第一大面和第二大面之间，并且包含至多60％体积的能够以电泳方式或磁泳方式移动的粒子P，其中，存在多个粒子P，该多个粒子吸收一个或多个波长或波长范围的光。在基底S中的一个或两个大面上和/或在大面之间构造有面状电磁开关机构E1、E2，所述电磁开关机构在接通状态下产生在大面之间起作用的电磁场，由此使粒子P在流体或支架基质F中移动。由此，光学元件对于被粒子P吸收的波长或波长范围的光的与角度相关的透射率发生改变，光经由光入射面入射到用作为滤光器的基底S中。在基底的上方和下方通常设置有其它的在此未标记的基底，从而光入射面在设置在上方的其它基底与插入到基底S中的一个或多个腔之间形成边界面。
在支架基质F的情况下，该支架基质例如构造为聚合物基质，优选构造为凝胶基质。流体F可以是极性或非极性的。此外，该流体可以由例如水、油、甲苯或甲醛组成，也可以与电解质混合。这合理地适用于所有的以及下面还要描述的光学元件在其替代方案中的实施方案。
板状基底S的构造为光入射面的第一大面从观察者的角度来看通常位于基底S的后侧，并根据光学元件的应用场合例如邻接图像再现装置、光源或空气体积，该板状基底例如可由玻璃或聚合物构成。然后，光从最后提到的物体通过所述光入射面入射到基底中。
如图1所示，电磁开关机构的第一部件被构造为第一大面上的面状电极E1，并且电磁开关机构的第二部件被构造为第一大面和第二大面之间的薄层形式的电极E2。薄层与第一大面或第二大面的面法线通常围成在0°至30°之间的角度，在此为0°。在第一运行状态B1下，多于70％的粒子P分别位于电极E1上。因此，如在图1中借助于箭头所示，在入射侧(在附图中是下边缘)入射的光能够在传播角度内尽可能无阻碍地穿过光学元件。在此，在第一运行状态B1下，在关于基底S的第二大面的面法线大于30°的角度范围内与角度相关的透射率大于60％。例如，可以在包含作为面法线的中垂线的平面内测量关于面法线角范围，即，该平面垂直于基底S的第二大面，并且从观察者的角度来看水平地设置。
在图2中所示的第二运行状态B2下，70％以上的粒子P分别位于电极E2处或附近，使得在关于基底的第二大面的面法线大于30°的角度范围内与角度相关的透射率小于10％。这同样通过箭头示出。其中的一些透射在粒子P处终止，这有助于吸收。这种设计方案的优点是，不需要用于使流体或支架基质F和处于其中的粒子P通道化的腔或类似物。在粒子移动之后，在电极E1或E2上的粒子P的最终定位基本上使得这样的腔的存在变得多余。
用于电极E2的薄层形状可以是平行的或者是具有交叉区域的栅格状。然后，相应地设计光学元件相对于一个或两个彼此垂直的平面的与角度相关的透射特性。呈薄层形式的电极E2一方面可以全部以与基底S的第二大面相同的角度、尤其是分别基本上平行于——垂直于基底S的中垂线地取向。与此相对地，也可以使腔相对于垂直于基底的中垂线在-10°至+10°的角度范围(“偏斜角”)内倾斜，必要时甚至在-30°至+30°之间倾斜，例如以便产生薄层相对于位于前方的观察者的一种聚焦效应。特别是在运行状态B2下，该设计方案也影响光学元件的透射的角度相关性。例如当期望以特别陡的角度较小地透射时，通过所述偏斜角，将通过根据腔的电极形状和电极位置的粒子吸收和粒子位置引起的与角度相关的吸收倾斜一个固定的偏移角。
示例性地，电极E2的薄层形状可以具有最小5μm和最大300μm的高度，该高度在垂直于基底S的第二大面的平面中测得。电极E1的宽度可以具有类似的尺寸。
下面的实施方案、特别是描述基底本身的结构和粒子的组成的设计方案，不仅适用于第一替代方案，而且适用于下面进一步描述的第二、第三或第四替代方案。能够以电泳或磁泳方式移动的粒子P吸收光的一个或多个波长或波长范围优选位于可见光谱中，并特别优选完全覆盖该可见光谱。
板状基底S的第一大面和第二大面优选彼此平行地设置。然而，在特定的设计方案中，例如当可以实现光学元件的特定的与角度相关的透射率时，第一大面和第二大面也可以被布置为彼此不平行，例如，在至多20度的限定角度内彼此楔形地布置。
粒子P可以是纳米粒子、量子点和/或着色剂，这些粒子具有最大200nm至小于最大20nm的空间延伸。空间延伸在此是指在三维空间中的最大延伸或流体动力学半径，取决于所述最大延伸和所述流体动力学半径哪个更大。因此，对于球形粒子，则是直径。在链状粒子的情况下，则是粒子表面上的两个点相应彼此间可以具有的最大可能的距离。粒子P可以是BPQD(黑磷量子点)、硫化铅(PbS)、CdTeSe量子点、偶氮着色剂和/或金属氧化物粒子，优选由氧化铬(IV)或Fe2O3形成，并在各种情况下具有2nm至50nm之间的尺寸，包括端值。
替代地，作为顺磁性体的实施方案也是可能的，例如也可以是作为直径至少为100nm、由相对磁导率在0.5至2之间的顺磁性载体材料或反磁性载体材料(优选三聚氰胺树脂或聚苯乙烯)制成的球体，其中，相对磁导率优选接近1或应为1。然后，例如通过相对磁导率大于10的顺磁性纳米粒子或超顺磁性纳米粒子、优选Fe2O3纳米粒子来涂覆该体，或者通过这些纳米粒子来渗透载体材料。具有较高的Z电势的表面功能化也是有利的。
粒子P被充电并且电磁开关机构被构造为用于产生静态电场或动态电场的电极，或者粒子是顺磁性的或超顺磁性的并且电磁开关机构被构造为用于产生静态磁场或动态磁场的导电涂层，从而在电场或磁场中的所述电泳的或磁泳的粒子P在流体或支架基质F中移动。
根据粒子的构造，电磁开关机构被构造为用于产生静态电场或动态电场的电极，或者被构造为用于产生静态磁场或动态磁场的导电涂层。
在附图3至图5中示出根据光学元件的第一替代方案的第二设计方案。在该光学元件中，所有电磁开关机构被构造为第一大面和第二大面上的面状电极EPN，该面状电极具有在正负之间可逆的极性。在第一工作状态B1下，第一大面上的电极EPN具有正的极性并且第二大面上的电极EPN具有负的极性，或者第一大面上的电极EPN具有负的极性并且第二大面上的电极EPN具有正的极性。这样，多于70％的粒子P各自离相应电极EPN不超过流体或基质F厚度的最多四分之一(如图5所示)，和/或定位为分散散布在流体或支架基质F中(如图4所示)。箭头表示所选择的光线，这些光线证明在此光可以以较大的角度范围穿过基底。因此，在第一运行状态B1下，与角度相关的透射率在关于基底S的面法线大于30°的角度范围内大于60％，其中，角度范围也可以发生变化。
在图3中示出处于运行状态B2下的光学元件。通常，在该实施方案中，沿着第一大面或第二大面的面法线观察，第一大面上的负极化的电极EPN与第二大面上的负极化的电极EPN相对放置，并且第一大面上的正极化的电极EPN与第二大面上的正极化的电极EPN相对放置。在此，在每个大面上沿优先方向在两个正极化电极EPN之间布置一个负极化电极EPN并且在两个负极化电极EPN之间布置一个正极EPN，从而70％以上的第一粒子(PA)分别位于相同地极化的电极EPN之间。因此，在关于基底S的第二大面的面法线大于30°的角度范围内与角度相关的透射率小于5％，所述优先方向在此例如可以平行于基底S的第二大面取向并且针对布置在光学元件前方的观察者在水平位置处取向。
图6示出第三种设计方案中的根据第一替代方案的光学元件在运行状态B1下的原理图，并且图7示出运行状态B2下的原理图。除了吸收性粒子P之外，在流体或支架基质F中还含有其它粒子PC，其中，其它粒子PC反射和/或散射和/或透射一个或多个波长或波长范围的光。在此，所有电磁开关机构布置为第一大面和第二大面上的面状电极EPN，面状电极具有在正负之间可逆的极性，其中，沿着第一大面或第二大面的面法线观察，第一大面上的负极化的电极EPN与第二大面上的负极化的电极EPN相对放置，第一大面上的正极化的电极EPN与第二大面上的正极化的电极EPN相对放置，并且在如已经定义的优先方向上在每个大面上的两个正极化电极EPN之间布置有一个负极化电极EPN，并且在两个负极化电极EPN之间布置有一个正极化电极EPN，只要不把没有电极的空穴布置在两个正极化电极EPN或两个负极化电极EPN之间，其中，空穴周期性地布置。粒子P相应地具有一种电荷极性，而其它粒子PC具有另一种电荷极性。
在两个运行状态B1和B2下，多于70％的粒子P分别位于正极化电极EPN之间，并且与之互补地多于70％的其它粒子PC分别位于负极化电极EPN之间，或者多于70％的粒子P分别位于负极化电极EPN之间，并且与之互补地多于70％的其它粒子PC分别位于正极化电极EPN之间。在此，在第一运行状态B1下(参见图6)其它粒子PC分别定位在与空穴相应邻接的同极电极之间，并且在第二运行状态B2下(参见图7)粒子P分别定位在与空穴相应邻接的同极电极之间。在关于基底S的第二大面的面法线大于30°的角度范围内，与角度相关的透射率在第一运行状态B1下大于60％并且在第二运行状态B2下小于5％。
入射在基底S的光入射侧上的光现在尤其能够在由于空穴而不存在粒子P的位置处和布置有其它粒子PC的位置处(几乎不受阻碍地)传播。在图6和图7中又示例性地绘出了说明功能的光束。
使光散射的待电泳移动的其它粒子PC可以由粒度在20nm至10μm之间的聚苯乙烯、三聚氰胺树脂或二氧化硅形成。反射光的其它粒子PC能够形成为具有10nm至50nm之间的粒度的银纳米粒子。对于这种其它粒子PC的磁泳而言必须具有相同的顺磁特性。这可以通过将顺磁性的部分粒子结合到其它粒子PC中来实现。为此例如可以使用镍纳米粒子。
此外，这里可设想，电极EPN的至少一个电极(例如相应中间的电极)可以有利地设计为向下反射，以便改善光学结构的功率和效率。
图8示出第一替代方案的第一变型方案中的光学元件在运行状态B1下的原理图，并且图9示出光学元件在运行状态B2下的原理图。该光学元件也包括基本上板状的基底S，该基底具有构造为光入射面的第一大面和构造为光出射面的第二大面。该光学元件还包括多个嵌入基底S内的腔K，这些腔根据其尺寸单独地形成薄层或者成组地组合，其中，每个组形成一个薄层。每个薄层具有在第一大面和第二大面之间延伸的纵向侧和窄侧，其中，每个薄层的窄侧布置在大面的区域中并且纵向侧连接窄侧，并且薄层之间的空间包含至少一种不透明的(即对于可见光不透明的)材料M。腔填充有流体或支架基质F，其中，流体或支架基质F含有至多50％体积、优选至多20％体积的以电泳或磁泳方式移动的其它粒子PC，该其它粒子反射和/或散射对于人眼可见的范围内的一个或多个波长或波长范围的光，必要时也可透射并且在此折射地和/或衍射地偏转。在基底S中或基底上的薄层或腔K的窄侧上构造有面状的电磁开关机构EPN，这些电磁开关机构在接通状态下产生在薄层中起作用的电磁场，由此使其它粒子PC在流体或支架基质F中移动。由此，光学元件对于由其它粒子PC反射和/或散射的波长或波长范围的光的与角度相关的透射率发生改变，所述其它粒子以一定角度经由光入射面进入到基底S中，使得光打到薄层上。
在此，在图8所示的第一运行状态B1下，至少70％的其它粒子PC布置在薄层或腔K的上部窄侧附近。由此，由于薄层之间的不透明的材料M在其传播方向上受限制的光在上部窄侧上借助于其它粒子PC在多个方向上散射和/或反射，该光穿过光入射侧侵入到基底S中并且在薄层内部传播。
虚线箭头表示特定光线在可限定的角度范围内被不透明材料M吸收，该不透明材料M例如可以是三聚氰胺树脂。在图9中示出的第二状态B2下，至少70％的其它粒子PC布置薄层的下部窄侧附近，由此穿过光入射侧侵入到基底S中的光虽然由于其它粒子PC的作用而散射和/或反射，然而通过薄层之间的不透明的材料M在其传播方向上被限制。
对于元件的所有前述实施例以及对于所有后续实施例(除了在图11至图13以及图18中示出的实施例)，图10示出在相应两个运行状态B1和B2下的示例性效果的关于不同角度上的透射的原理图，特别是在图像再现装置之前应用时的原理图。在此为了简单起见涉及标准化值。虚线相应于运行状态B2(“隐私模式”)，实线相应于运行状态B1(“公共模式”)。在此，纵坐标是相对亮度(“相对亮度”)，而横坐标反映(水平的，即在垂直于薄层的纵向延伸方向的方向上设置的)测量角(“视角”)。测量角在此覆盖上述角度范围，即涉及基底S的第二大面的面法线并且在垂直于薄层的纵向延伸方向的方向上测量。对于安装在汽车中的显示器，这可以是例如水平面内的角度。在两种工作状态B1和B2下光学元件对于波长或波长范围的被粒子P吸收的光而言不同的与角度相关的透射负责使图像再现装置在工作状态B1下从所有水平视角都是可见的，而在工作状态B2下仅从明显受限的角度范围的观察是可能的，如在图10中所示。
图11以剖视图示出第一替代方案的第二变型中的光学元件的原理图。光学元件包括板状的基底S，以及流体或支架基质F，基底具有构造为光入射面的第一大面和构造为光出射面的第二大面，流体或支架基质F设置在第一大面和第二大面之间并且包含能够以电泳或磁泳方式移动的至多60％体积的粒子P，其中，存在多个粒子P，该粒子吸收一个或多个波长或波长范围的光。在基底S中的一个大面或两个大面上和/或在大面之间构造有面状的电磁开关机构E1、E2，所述电磁开关机构在接通状态下产生在大面之间起作用的电磁场，由此使粒子P在流体或支架基质F中移动。由此，光学元件对于粒子P吸收的波长或波长范围的光的透射率发生改变，其中，关于基底S的第二大面的面法线的方向，在第一运行状态B1下透射率大于50％并且在第二运行状态B2中小于50％。
电磁开关机构E1或E2在该情况下例如可以是蜂窝形的、圆柱形的或矩形的并且填充基底S的一部分或整个大面，其中，整个大面也可以通过相应尺寸的单个电极(例如E2)来覆盖。为此，图12以俯视图示出图11中的光学元件的原理图，其中，光学元件处于运行状态B1下以及图13示出相应的运行状态B2。在图12中所示的运行状态B1下，粒子P由于所施加的静电场而分别被集中在开关机构的电极E1上，使得光学元件在垂直方向上的透射率达到最大值。相反，在图13所示的运行状态B2下，粒子PA由于所施加的静电场而分别集中在开关机构的电极E2上，使得光学元件在垂直方向上的透射率达到最小值。优选地，所述透射率在运行状态B1下从高于80％变化到在运行状态B2下小于10％，这通过相应地选择参数能够是毫无问题的。
在第一替代方案的第二变型方案中，光学元件的这种设计方案特别适用于控制与透射率相关的垂直(但同时与其组合也可以控制非垂直)的光透射。对此的应用情况例如是轿车中的玻璃的完全或部分地调光，以便根据情况避免驾驶员眩目。此外，通过其它光学元件例如也可以实现可转换的镜。
在上述光学元件至少在基本的实施方式中不具有单独或组合地形成薄层的腔(也称为流体腔)时，则在下面描述的第二替代方案至第四替代方案的实施方式中，皆是如此。
图14示出根据第二替代方案的光学元件在运行状态B1下的原理图，并且图15示出在运行状态B2下的该光学元件。
在图14和图15中示出的光学元件包括基本上板状的基底S以及多个嵌入基底S中的构造成薄层状的流体腔，该基底具有构造为光入射面的第一大面3和构造为光出射面的第二大面4，该流体腔具有在第一大面3和第二大面4之间延伸的纵向侧和窄侧，其中，窄侧布置在大面3、4的区域中并且纵向侧连接窄侧。该腔或流体腔填充有流体F，其中，流体包含至多50％体积的、优选至多20％体积的能够以电泳或磁泳方式移动的粒子P，粒子P吸收一个或多个波长或波长范围的光。薄层的高度应当有效地限制粒子的量，即限制为腔高度的50％或20％。然而，由于不稳定性效应和屏蔽效应，过高浓度的粒子会降低可开关性。在基底S中的流体腔R的一个或多个侧面上，电磁开关机构2被构造成面状。在接通状态下，电磁开关机构产生在流体腔R内作用的电磁场，从而使流体F中的粒子P移动。由此，光学元件对于由粒子P吸收的波长或波长范围的光的与角度相关的透射率发生改变，并且光以一定角度经由光入射面3入射基底S中，使得光打到流体腔R上。
板状的基底S的第一大面3和第二大面4优选彼此平行地设置。然而，在特定的实施例中，例如当光学元件的特别与角度相关的透射率被实现时，它们也可以被布置为彼此不平行，例如，在至多20度的限定角度内彼此楔形地布置。
板状基底S的形成为光入射面的第一大面3通常从观察者角度看位于基底S的背面上，并且根据光学元件的应用场景，例如邻接图像再现装置(在附图中用标记1表示)、光源或空气体积。然后，光从最后提到的物体穿过所述光入射面3入射到基底中。
在该示例中，具有在第一大面3和第二大面4之间延伸的纵向侧和窄侧的构造成薄层状的流体腔R具有长方体形状并且平行于大面3、4取向。相应地，剩下的外侧面是两个表面，这两个表面不体现为窄侧和纵向侧。
还可以明确的是，流体腔R至少部分地在基底S的一个大面或两个大面3和/或4上突出，如在图14和图15中所示。在此，能够以电泳或磁泳方式移动的粒子P吸收光的一个或多个波长或波长范围处在可见光谱中，并且基本上完全覆盖可见光谱。
在基底S中的流体腔R的一个或多个侧面上构造成面状的电磁开关机构2例如布置在相应的流体腔R的窄侧上，如图14和图15所示。粒子P例如是纳米粒子、量子点和/或着色剂，如之前已经多次描述的那样。作为流体例如可以使用与10％体积的铁磁流体和电解质混合的水。
此外，粒子P被充电，并且电磁开关机构2被构造为用于产生静态电场或动态电场的电极，使得电场中的电磁粒子P在流体F中移动。相应的电场线于是例如在流体腔R的中心平行地形成，并且在边缘处更可能显示出平行性的偏差。
借助于例如被构造为透明电极的电磁开关机构2和控制电路，限定至少两个运行状态，其中，在第一运行状态B1下，与角度相关的透射率大于50％并且在第二运行状态B2下小于50％。这适用于大于30°的角度范围内(该角度也可以变化，例如10°、20°或25°)，该角度范围相对于基底的第二大面的面法线并且在垂直于薄层状流体腔R的纵向延伸方向的方向上测量。纵向延伸方向在此通过每个流体腔R的两个外侧面的表面中心点的连接直线来限定。对于运行状态B1，通过开关机构2产生静电场，以便使粒子P移动，而对于运行状态B2不施加电场，以便通过扩散在流体腔R内分布粒子P。
在该设计方案的一个优选的改进方案中适用的是，在第一运行状态B1下由于静电场，多于70％的粒子P分别定位在流体腔R1、R2、…的侧面上的区域中，电磁开关机构2构造在该侧面上，并且在开关机构2被配置成使得没有静电磁场或者存在时间上交变的电磁场的第二运行状态B2下，多于50％的粒子P(主要由于扩散和/或交变的电磁场)主要均匀地分布在流体腔R中，使得与角度相关的透射率在第一运行状态B1下多于60％并且在第二运行状态B2下少于5％。这再次适用于大于30°的角度范围内(该角度也可以变化，例如10°、20°或25°)，该角度范围相对于基底的第二大面的面法线，并且在垂直于呈薄层状的流体腔的纵向延伸方向的方向上测量。因此，不同的运行状态B1、B2、…的区别尤其在于，改变流体腔中的粒子P的相应局部的浓度和位置，以便由于通过粒子的吸收而改变透射特性。
有利地，电磁开关机构2对于经由光入射面垂直地入射到基底S中的在可见的波长范围内的至少50％、优选多于80％的光而言是可透过的。这也适用于所有的其它设计方案。
此外，电磁开关机构(也如流体腔R)可被划分成多个可单独切换的部段，从而实现在第一运行状态B1与第二运行状态B2之间的局部的可切换性。在此，局部的可切换性意味着，不是在所有的流体腔中同时地在B1和B2之间变换运行状态，而是在光学元件上同时存在具有两个运行状态B1和B2的区域。有利的是，例如当在屏幕前面使用光学元件时，从相对于侧面超过30度的视角观察部分所显示的图像内容是可见的而其它部分是不可见的。
这种配置在图16中示出。该原理图示出根据第二替代方案的光学元件的俯视图，其中，在运行状态B1和B2下局部不同地接入，并且流体腔彼此平行地设置。在此，明亮示出的流体腔R相应地处于运行状态B1下，而灰暗示出的流体腔处于运行状态B2下。
如图16所示，流体腔R可以彼此平行地取向，或者如图17所示，可以以交叉的区域呈栅格状地取向。然后，相应地设计光学元件相对于一个或两个彼此垂直的平面的与角度相关的透射特性。图17示出根据第二替代方案的根据本发明的光学元件的俯视图，其中，接入局部不同的工作状态B1和B2，并且流体腔布置为呈栅格状彼此交叉。在此，明亮示出的流体腔R相应地处于运行状态B1下，而灰暗地示出的流体腔处于运行状态B2下。为了抑制莫尔效应，流体腔(R)或通常的薄层也可以非周期地布置，即相互间具有可变的间距。替代地或补充地，也可以考虑不太规则地成型的腔、例如弯曲的腔或弯曲的薄层。
也可以使用多种类型的粒子，这些粒子在吸收特性和/或在电磁场中的输送特性方面不同。“输送特性”特别是指粒子P在相应的电泳现象(场中的输送)中的特性。这种变型方案尤其在纳米粒子的情况下出现：在此，粒子类型的区别例如在于粒度和/或表面功能，即Z电势。在使用量子点或着色剂作为粒子的情况下，并且如果粒子是发荧光的，优选地还使用所谓的“猝灭剂”材料，以便同样避免荧光。
通常，流体腔(尤其是其纵向侧)分别基本上平行于基底S上的中垂线地取向。然而，与此不同，流体腔R也可以相对于基底S的中垂线在-10°至+10°的角度范围(“倾斜角”)内倾斜，可选地甚至在-30°至+30°之间的角度范围内倾斜。该设计方案也影响光学元件的透射的角度相关性，特别是(但不只是)在运行状态B2下有影响。通过所述的偏斜角或倾斜角，例如当在特别陡的角度中期望较小的透射时，通过粒子吸收和在流体腔内部的粒子位置引起的与角度相关的吸收以固定的偏移角度倾斜。
示例性地，呈薄层状的流体腔R在平行于基底S的主延伸方向的第一平面中可以约为10μm宽(流体腔R的纵向侧与纵向侧的距离)并且分别彼此相距50μm(纵向侧距紧邻的流体腔R的相应紧邻的纵向侧的距离)。最后，呈薄层状的流体腔R可以具有大约40μm的高度(窄侧与窄侧之间的距离)，该高度在垂直于第一平面的第二平面中测量。
光学元件的所有替代方案(包括前述的和后续的替代方案在内)优选能够与能够在用于自由看视模式的第一运行状态B1下和在用于受限看视模式的第二运行状态B2下运行的屏幕一起使用。这种屏幕除了光学元件之外还包括由观察者观察在光学元件后面或前面设置的图像再现单元。图像再现单元1例如是OLED显示器、LCD显示器、SED显示器、FED显示器、微LED显示器或VFD显示器。由于光学元件与图像再现单元1的类型无关地起作用，因此也可以考虑任何其它屏幕类型。此外，也可以在具有背光的图像再现单元中，例如在LCD屏幕中使用如上文或下文所描述的光学元件。在此，有利的是，光学元件设置在图像再现面板(即LCD面板)和背光之间，以便在用于自由看视模式的第一运行状态B1和用于受限看视模式的第二运行状态B2之间切换，因为背光的光由于光学元件而一次聚焦(在运行状态B2下)并且一次不聚焦(在运行状态B1下)。
由图像再现单元1发出的光通过光入射面、即大面3进入光学元件中并且然后在光学元件中根据运行状态在其传播方面受到影响，以便然后通过大面4又从光学元件向一个或多个观察者继续传播。已经结合图10针对光学元件的第一替代方案描述了效果，在图10中所做的说明在这里类似地适用。
此外，应当注意的是，如果电磁开关机构2仅形成在基底S中的流体腔R的相应一个表面上，则在通电状态下，电磁开关机构2可以在流体腔R中产生在流体腔R内起作用的电磁场，该电磁场与在所谓的IPS(“面内切换”)LCD面板中使用的电磁场类似。这也适用于下面进一步描述的替代方案。
图18示出根据第二替代方案的光学元件在运行状态B1下的第一变型方案。该变型方案包括基本上板状的基底S以及多个嵌入基底S中的流体腔R，该基底具有构造为光入射面的第一大面2和构造为光出射面的第二大面，流体腔R分别具有一个或多个表面。流体腔R中填充有流体F，流体中含有至多20％体积的能够以电泳或磁泳方式移动的粒子P，这些粒子吸收一个或多个波长或波长范围的光。在基底S中的流体腔R的一个或多个表面处形成有面状的电磁开关机构，该面状电磁开关机构在流体腔R中在接通状态下产生在流体腔内部起作用的电磁场，由此使流体中的粒子P移动，以便光学元件对于被粒子P吸收的波长或波长范围的光的透射率发生改变，其中，在第一运行状态B1下，相对于基底S的第二大面的面法线的方向，透射率大于50％，并且在第二运行状态B2下，透射率小于50％。优选地，所述透射率在运行状态B1下从大于80％变化到运行状态B2下小于10％，这通过在本发明的范围内对参数的相应选择能够容易地实现。
在该情况下，流体腔R例如为蜂窝状，且实质上填满基底S。在图18中示出的运行状态B1下，粒子P由于施加的静电场而分别聚集在开关机构2的电极上，使得光学元件在垂直方向上的透射率达到最大值。在俯视图中，该光学元件与在图12和图13中示出的具有相同类型的运行状态的光学元件相同，区别在于此处存在流体腔。
特别地，该光学元件也可用于控制与透射率相关的垂直(同时与垂直组合但也可以控制非垂直)的光透射。对此的应用情况例如是轿车中的玻璃的完全或部分调光，以便根据情况避免驾驶员眩目。
下面描述根据第三替代方案和第四替代方案的光学元件的设计方案。为此，图19示出用于根据第三替代方案的光学元件中的两种不同粒子类型的原理图。该粒子类型一方面包括第一类型粒子的第一粒子PA，第一类型粒子吸收对于人眼可见的范围内的一个或多个波长或波长范围的光。此外，该粒子类型还包括第二类型粒子的第二粒子PB，第二类型粒子反射和/或散射对于人眼可见的范围内的一个或多个波长或波长范围的光，其中，两种类型的各种粒子优选位于在此通过圆表示的胶囊体内。
结合第四替代方案，图20示出所谓的Janus粒子的第一优选设计方案的原理图。Janus粒子分别具有至少一个带有第一结构P1的第一区域和不同于第一结构P1的带有第二结构P2的第二区域，其中，第一结构P1吸收一个或多个波长或波长范围的光，并且第二结构P2反射和/或散射一个或多个波长或波长范围的光。
图21结合第四替代方案示出Janus粒子的第二种设计方案的原理图，其中第二区域明显大于第一区域。图22又同样结合第四替代方案示出Janus粒子的第三种设计方案的原理图，其中刚好存在三个区域，具有第一结构P1的两个相同的第一区域通过具有第二结构P2的第二区域分开。也可以考虑其它设计可能性，例如也可以考虑具有第三结构P3的第三区域的设计方案，第三结构又具有其它光学特性(例如相对于P2减小的散射或反射)。
图23示出根据第三替代方案或第四替代方案的光学元件的第一设计方案在运行状态B1下的剖视图，并且图24示出相同的光学元件在运行状态B2下的剖视图。圆表示通过第一类型粒子和第二类型粒子填充的胶囊体或者Janus粒子。光学元件包括基本上板状的基底S以及多个嵌入基底S中的腔R，基底S具有构造为光入射面的第一大面和构造为光出射面的第二大面，，腔R根据其大小单独地形成薄层或者成组地组合，其中每个组形成一个薄层。每个薄层具有在第一大面和第二大面之间延伸的纵向侧和窄侧，其中，每个薄层的窄侧布置在大面的区域中并且纵向侧连接窄侧。腔R填充有流体或支架基质F，流体或支架基质含有至多95％体积的能够以电泳或磁泳方式移动的粒子P。
在第三替代方案中，在第一设计方案中，所述粒子至少包括第一类型粒子的第一粒子PA以及第二类型粒子的第二粒子PB，第一类型粒子吸收对于人眼可见的区域内的一个或多个波长或波长范围的光，第二类型粒子反射和/或散射对于人眼可见的区域内的一个或多个波长或波长范围的光。如果仅存在两种类型的粒子中的一种，则在第三替代方案的第二设计方案中，流体或支架基质F本身实现第一粒子PA的作用或者实现第二粒子PB的作用。于是，粒子P仅包括相应的其它粒子PB或PA，该其它粒子不通过流体或支架基质F来实现。
在第四替代方案中，粒子P设计为Janus粒子并且分别具有至少一个具有第一结构P1的第一区域和与之不同的具有第二结构P2的第二区域，其中，第一结构P1吸收一个或多个波长或波长范围的光，并且第二结构P2反射和/或散射一个或多个波长或波长范围的光。
根据第三替代方案或第四替代方案的光学元件还包括在基底S中的薄层的一个或多个侧面上形成的面状电磁开关机构，该电磁开关机构在接通状态下产生在薄层中起作用的电磁场，由此粒子P在流体或支架基质F中移动，使得光学元件对于由粒子P吸收的波长或波长范围的光的与角度相关的透射率发生改变，光以一定角度经由光入射面入射到基底S中，使得光打到薄层上。
对于所有随后的关于图23至图26的观察，为了简单起见从根据图20的Janus粒子的变型方案出发，尽管对于具有粒子PA和粒子PB的设计方案也能够实现相同的装置作用关系。
在图24中示出的第二运行状态B2下，粒子P的第一结构P1的70％以上分别位于薄层的纵向侧上并且面向纵向侧，并且第二结构P2背离纵向侧。与此相对地，在图23中示出的第一运行状态B1下，粒子P的第二结构P2的70％以上分别位于薄层的纵向侧上并且面向纵向侧，并且第一结构P1背离纵向侧。在第一运行状态B1下与角度相关的透射率由于第二结构P2的作用而大于60％并且在第二运行状态B2下由于第一结构P1的作用而小于5％，所述透射率分别在关于基底S的第二大面的面法线大于30°的角度范围内并且在垂直于薄层的纵向延伸方向的方向上测量。
光学元件在其上侧和下侧(上侧和下侧对应于大面)上设置有合适的电极E1、E2、E3、E4、…(仅示出其中的一部分并且进行标记)作为电磁开关机构。在基底中的腔的一个或多个侧面上形成的面状电磁开关机构例如布置在各个腔的窄侧上。借助于图23与图24的比较可以看出，上述电极在不同的运行状态下相应不同地接通或极化，以便能够实现Janus粒子的移动(旋转)。电磁开关机构可以与腔一样被划分成多个可单独开关的部段，从而能够实现在第一运行状态刚和第二运行状态B2之间的局部的可开关性。结合图16和图17所进行的实施方式在此同样适用，这也涉及薄层的布置和腔的倾斜。所述电极E、E1、E2、…可以平行地、垂直地或与基底S的第一大面成其它限定的角度地布置。
对于前面和下面描述的设计方案适用的是，粒子P被充电并且电磁开关机构被构造为用于产生静态或动态电场的电极，或者粒子P是磁性的并且电磁开关机构被构造为用于产生静态或动态磁场的电磁层，从而电磁场或磁场中的电磁粒子P在流体中进行移动。例如，当施加均匀电场时，相应的电场线在流体腔的中心平行地形成，且在边缘处显示出更大的平行性偏差。
图25和图26分别以剖视图示出根据第三替代方案或第四替代方案的光学元件的第二设计方案的原理图，更确切地说，图25示出处于运行状态B1下的光学元件，并且图26示出处于运行状态B2下的光学元件。在此，在根据图25的第一运行状态B1下，粒子P的第一结构P1的70％以上分别位于薄层的窄侧上并且面向窄侧，并且第二结构P2背离窄侧。在根据图26的第二运行状态B2下，粒子P的第二结构P2的70％以上分别位于薄层的窄侧上并且面向窄侧，而第一结构P2背离窄侧。在关于基底的第二大面的面法线大于30°的角度范围内并且在垂直于薄层的纵向延伸方向的方向上测量，与角度相关的透射率在第一运行状态B1下大于60％并且在第二运行状态B2下小于5％。在此，电极E也作为电磁开关机构存在。已经结合图10描述光学元件的作用。
借助于电磁开关机构和控制电路限定至少两个运行状态，其中在第一运行状态B1下与角度相关的透射率大于50％并且在第二运行状态B2下小于50％。这适用于关于基底的第二大面的面法线并且在垂直于呈薄层状(流体)腔的纵向延伸方向的方向上测量的优选+/-30°到+/-90°的角度范围内(即，在每种情况下从-90°到-30°并且同时从+30°到+90°，但不在-30°到+30°之间)。角度范围也可以发生变化，并且代替+/-30°也包括分别+/-10°到+/-90°、+/-20°到+/-90°、+/-45°到+/-90°或+/-25°到+/-90°的范围。纵向延伸方向在此通过每个流体腔的两个外侧面的表面中心点的连接直线来限定。
能够以电泳或磁泳方式移动的粒子PA或Janus粒子的结构P1吸收光的一个或多个波长或波长范围优选位于可见光谱中并且特别优选地完全覆盖可见光谱。然而，例如当期望影响UV光或IR光时，出于特殊目的，例如出于测量技术的目的，波长或波长范围也可以在可见光谱之外。上面已经进行的一般实施方式同样适用于此，特别是关于基底的性质和几何形状以及光入射和出射面的位置。
有利地，粒子P包括第一粒子PA和/或第二粒子PB，第一粒子和/或第二粒子嵌入位置固定的胶囊体中，胶囊体位于腔R的边缘面上或者形成腔R，或者在胶囊体中粒子P构造为Janus粒子，Janus粒子位置固定地定位在腔R的边缘面上，但是能够自由地转动。当粒子P包括第一粒子PA和/或第二粒子PB时，第一粒子PA和第二粒子PB可沿着电场或磁场平移运动。替代地，如果粒子(P)被设计为Janus粒子，则该运动优选为围绕平行于薄层的纵向侧或窄侧的预定轴线的旋转运动。
具有在第一大面和第二大面之间延伸的纵向侧和窄侧的薄层状构造的腔例如能够平行于大面取向并且在最简单的情况下具有长方体形状。然而，也可以是梯形或弯曲的(例如拱形的)窄侧。在(非立方形的)长方体形状的情况下，于是窄侧是与纵向侧相比具有更小面积的长形侧，纵向侧又通常具有流体腔的所有六个表面的最大面积。通常，窄侧平行于或(除了进一步在下面还将描述的倾斜角之外)平行于基底的大面来布置，而纵向侧垂直于或(除了倾斜角之外)垂直于基底的大面来布置。相反，剩下的外侧面是两个表面，这两个表面不体现为窄侧和纵向侧。还可以明确的是，这些腔至少部分地在基底的一个或两个大面上突出。示例性地，呈薄层状地形成的流体腔在平行于基底的主延伸方向的第一平面内为2μm至30μm之间宽(流体腔的纵向侧与纵向侧的距离)并且分别彼此间隔最小10μm和最大150μm(与紧邻的流体腔的紧邻的纵向侧的距离)。最后，在垂直于第一平面的平面内测量，显示为薄层状的腔R可以具有最小10μm和最大300μm的高度(窄侧到窄侧的距离)。
有利地，这些腔填充有支架基质F，该支架基质被构造为聚合物基质并且尤其是被构造为凝胶基质。这种聚合物基质具有表征性的网眼尺寸。通过该网眼尺寸，较小粒子P在移动时比较大粒子P具有更小的“阻力”，并且因此较小粒子P和较大粒子P分别以不同的速度运动。一方面，如果这些粒子被设计为第一类型的第一粒子PA和第二类型的第二粒子PB，这有利于控制响应时间和有利于加速粒子P的均匀分布；然而，这对于胶囊体和Janus粒子是无关紧要的。另一方面，这种聚合物基质具有的优点在于强烈地阻止扩散，并且粒子P因此不会自动移动，这对于胶囊体而言是有利的。如果腔填充有流体，那么在散射粒子P的情况下，相对于流体F的折射率对比是必要的。
对于粒子P包括第一粒子PA和/或第二粒子PB的情况，第一粒子PA例如构成为具有最大200nm、优选最大50nm、特别优选最大20nm的空间延伸的纳米粒子、量子点和/或着色剂。第二粒子PB形成为直径在5nm至5000nm之间的透明球或反射球。这里，例如，可以想到的是，第一粒子PA被形成为BPQD(黑磷量子点)、硫化铅(PBS)、CdTeSe II型量子点、偶氮着色剂和/或金属氧化物粒子，优选为CrO(特别是氧化铬(IV))或Fe2O3，并且具有2nm至50nm之间的尺寸，包括端值。
在另一变型方案中，粒子P被设计为具有球形表面的Janus粒子，其中，第一区域和第二区域分别由球形表面的半球形成。在此，粒子P被设计为微粒子并且具有最大200μm、优选最大50μm、特别优选最大20μm的空间延伸。尤其可以考虑，由透明的材料，优选聚苯乙烯、三聚氰胺树脂或二氧化硅形成Janus粒子，并且其中一个半球覆盖有金属层或金属纳米粒子层以实现电泳特性。
此外，还可以由透明材料，优选聚苯乙烯、三聚氰胺树脂或二氧化硅形成Janus粒子，并且为了实现磁泳特性，其中一个半球被铁磁性的和吸收性的金属层或金属氧化物层或铁磁性的纳米粒子层覆盖，优选通过Fe2O3纳米粒子覆盖，并且另一半球通过反射层，优选银层或铝层，或白色层覆盖。
如上所述，球形的Janus粒子的基本特征是具有彼此物理特性不同的两个半球。第一半球散射或反射入射在其上的光，并吸收另一入射光。因此，吸收光的第一半球几乎满足第一类型的第一粒子PA的特性，并且散射/反射光的半球满足第二类型的第二粒子PB的特性。
例如，适于在光学元件中使用的Janus粒子可以被设计为：a)透明的球体(聚苯乙烯、三聚氰胺树脂或二氧化硅)或具有吸收性半球的散射性球体；b)具有反射性半球的有色或黑色球体；以及c)具有各一个反射性半球和各一个吸收性半球的球体。散射性球体例如可以借助聚苯乙烯球中的TiO纳米粒子或聚苯乙烯球中的二氧化硅纳米粒子来实现。通常可以考虑具有白色散射性或者反射性的所有合适的材料。所使用的纳米粒子相对于粒子的球体材料的折射率对比使得透明的球体更散射。替代地，针对粒子P有色或黑色的球体也是可行的，例如通过填充有吸收性的纳米粒子、QD或着色剂的聚苯乙烯。这种示例与粒子PA的示例相同。也可以使用具有铁磁特性的铬(IV)氧化物球体。反射性的半球例如可以借助由铝、铬、银或其它金属构成的膜或纳米粒子进行转化，如针对第二类型的第二粒子PB所描述的那样。对于吸收性半球，例如碳、铬(IV)氧化物、Fe2O3可以作为膜或如针对PB所描述的平面纳米粒子。
电泳特性由表面的特性决定。这可以通过表面功能化(优选地通过较高的Z电势)来改进或控制，如上面已经结合粒子设计方案所解释的那样。为了使Janus粒子是磁泳的，或者球体本身、即球体的材料必须是磁泳的，或者半球之一、即更准确地说是在该半球中的表面涂层必须是磁泳的。磁性材料例如是镍、铁或氧化铬(IV)。在选择材料时必须注意，球体的磁偶极子是永磁的，以便可以有针对性地旋转Janus粒子。这例如可以通过铁磁性的Janus粒子来实现。通常，Janus粒子的直径大于200nm，并且所涂覆的层的厚度大于10nm，但是这些值也可以超过或低于10nm。
通过光学元件的上述实施例，可以根据角度(并且可选地垂直地)影响透射率，其中，光学元件可以在至少两个运行状态之间切换。它可以廉价地实施，并且特别是可以广泛地用于各种类型的屏幕，以便能够在看视防护模式和自由观看模式之间进行切换，其中，这样的屏幕的分辨率基本上没有降低。
上述光学元件可以与图像再现装置相结合，有利地应用于显示和/或输入秘密数据的任何地方，例如在PIN输入时或用于自动取款机或支付终端处的数据显示时或用于移动设备上的密码输入或阅读电子邮件时。如上所述，光学元件也可以应用在轿车中。此外，光学元件可以与用于广告目的图像再现装置结合使用，例如，如果仅需要观看具有特定尺寸的广告，而允许其它广告对所有人可见。
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