專利名稱：布拉格反射光學(xué)器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對入射光中的至少一個預(yù)定波長帶進行反射的布拉格反射光學(xué)器件，該器件至少包括一種膽甾(cholesteric)型液晶薄膜。本發(fā)明還涉及制備這種光學(xué)器件的方法。
大家知道膽甾型液晶只能通過布拉格反射原理反射旋轉(zhuǎn)方向與液晶相同的圓偏振光線。注意，在下面的描述中，當(dāng)圓偏振光受到全反射時，反射系數(shù)等于1。
某些膽甾型液晶的特性是具有可調(diào)螺距的螺旋周期結(jié)構(gòu)。該螺旋結(jié)構(gòu)使得通過將螺距和/或液晶雙折射設(shè)定為其它值可以很容易地改變布拉格反射的反射帶，即能夠反射的波長范圍。
利用這種晶體，通過在兩層板或襯底之間引入幾種具有多個經(jīng)調(diào)節(jié)可以分別反射與預(yù)定色彩對應(yīng)的波長的螺距的膽甾液晶，可以制作光學(xué)器件，特別是顯示器。
在制作這種器件過程中經(jīng)常遇到的一個問題是所反射的顏色，特別是紅色，具有陰暗和褪色的視覺效果。
為了解釋這一現(xiàn)象，下面將參考

圖1，該圖中的曲線1示出具有調(diào)節(jié)為反射紅色光的膽甾液晶的光學(xué)器件的反射譜。注意，這種液晶對與紅色光對應(yīng)的波長λ的反射并不完美。實際上，曲線1可以分割成與紅色光的反射相對應(yīng)的主帶A，及其兩側(cè)的側(cè)帶B和C。側(cè)帶B和C的存在使光學(xué)器件反射的紅色光不純，即飽和度不夠，鮮艷度不足。
大家知道，飽和度與紅色光波譜的范圍有關(guān)，鮮艷度與反射系數(shù)是否接近于1有關(guān)。
此外，人眼的特性將更加突出側(cè)帶對所看到的紅色光的純度產(chǎn)生的不利影響。圖1中的曲線2示出人眼的響應(yīng)隨眼睛接收到的光波長λ的變化，即對于可見光譜中的所有顏色(該曲線還稱為適光曲線)。注意人眼在白天對于靠近波長555nm的波長λ最敏感，該波長對應(yīng)于曲線2的峰。
圖2中的曲線3示出眼睛對反射到具有曲線1所示特點的光學(xué)器件上的紅色光的感覺。換句話說，圖2示出經(jīng)人眼響應(yīng)調(diào)制后的紅色光的反射譜隨波長λ的變化。注意，在圖2中，波長小于紅色光的側(cè)帶C的作用被人眼放大了，這對紅色光產(chǎn)生不利影響，使其產(chǎn)生陰暗的視覺效果；從而成為桔紅色。
已經(jīng)觀察到，對于藍色光也會出現(xiàn)類似現(xiàn)象。然而，由于人眼的適光曲線的作用，側(cè)帶效應(yīng)對紅色光的放大效應(yīng)強于藍色光。
為了克服這種由上述類型光學(xué)器件發(fā)射純色光產(chǎn)生的問題，現(xiàn)有技術(shù)中存在幾種解決方案。
針對純度問題的第一個解決方案見Taylor和Francis在1996出版的題為“復(fù)雜結(jié)構(gòu)的液晶(Liquid Crystal in Complex Geometries)”的著作，257頁，該方案在液晶中摻雜能夠吸收反射譜中的不需要部分的染料。
第一個方案的一個缺點是獲得的光學(xué)效果不是最優(yōu)的。實際上，液晶反射的光線有可能沒有遇到染料分子或者僅僅受到幾個染料分子的改變，因此，顏色未達到飽和，或者換句話說，顏色不純。
該方案的另一個缺點是它需要將液晶與染料的混合物與分別反射綠光和藍光的其它液晶進行物理隔離，以便避免染料分子擴散到鄰近的反射其它顏色的液晶中。這增加了器件的復(fù)雜度。
另一個缺點是染料會對主帶波長進行殘余吸收，這種吸收降低了鮮艷度。
另一個缺點是該方案吸收透射光，這意味著不能使用多個液晶單元來復(fù)合光學(xué)效應(yīng)，例如對于不同的顏色。
另一個缺點是構(gòu)成染料的分子的化學(xué)穩(wěn)定性較差，特別是在出現(xiàn)紫外線(UV)的情況下，這將降低顯示器件的可靠性，縮短其壽命。
針對上述純度問題的第二個解決方案見針對液晶顯示器件(LCD)的歐洲專利申請EP0872759。該方案為LCD器件提供了一個能夠吸收波長與晶體必須反射的顏色所對應(yīng)的波長不同的可見光的濾光器。該濾光器消除了上述由液晶反射譜引起的側(cè)帶效應(yīng)，從而使反射光更純。
第二個方案仍有一些缺點。它需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的吸收濾光器，這與通常的工業(yè)考慮不符，例如成本、簡潔性和合理性。此外，它需要安置補償層，以確保整個單元表面上的液晶具有一致的厚度，這加大了該器件的復(fù)雜度。
該方案還有一個缺點是吸收透射光，這意味著不能使用多個液晶單元來復(fù)合光學(xué)效應(yīng)。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠克服上述缺點的光學(xué)器件，特別是能夠以最優(yōu)的純度反射和透射其波長屬于可見光范圍的預(yù)定彩色光，例如紅色光，和不屬于可見光范圍的預(yù)定彩色光，例如紅外線。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠以最優(yōu)飽和度反射或透射預(yù)定彩色光的器件。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠反射或透射預(yù)定彩色光的器件，其鮮艷度是最優(yōu)的。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠反射或透射多種彩色光的器件。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種滿足通常工業(yè)需求的光學(xué)器件，例如成本、簡潔性和合理性。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在開篇中描述的光學(xué)器件，其特征是液晶薄膜，至少在其厚度的一部分中，具有隨著在薄膜中的深度變化的雙折射梯度。
這種光學(xué)器件的雙折射梯度液晶的一個優(yōu)點是，它可以將反射譜限制在與相鄰波長具有非常清晰的界限的波長帶內(nèi)，使反射系數(shù)接近于1。結(jié)果，該光學(xué)器件反射的帶更加艷麗，飽和度更高，即，更純。同樣，非反射光線能夠以很高的純度透過光學(xué)器件。
雙折射梯度可以是正或負的，即雙折射隨著由接收入射光的薄膜表面算起的深度而分別降低和增大。換句話說，對于透過液晶薄膜的光線，達到了消除側(cè)帶的效果。
雙折射梯度可以使固定的，或隨著由接收入射光的薄膜表面算起的深度而變化。
在具體實施方案中，薄膜由能夠反射預(yù)定波長帶的膽甾型液晶制成的多個聚合層制作，這些層具有恒定的雙折射系數(shù)，這些系數(shù)互不相同，且按順序排列，以便形成雙折射梯度。
通常，異常折射率ne可以隨著深度z作線性或非線性變化，正常折射率no可以是恒定或變化的。
在另一個實施方案中，光學(xué)器件包括一個包含所述液晶薄膜的單元，該單元包括第一和第二襯底，和界定出包含薄膜的腔體的密封架。該器件還包括兩組分別配置在薄膜兩側(cè)的電極和連接到電極并為其提供控制電壓的控制電路，從而使液晶能夠從反射波長帶內(nèi)光線的第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換到透射該光線的第二狀態(tài)，或相反。
在上述兩個實施方案中，所述器件包括多個所述液晶薄膜組成的堆棧，每個所述薄膜能反射不同波長帶內(nèi)的光線。
本發(fā)明還涉及利用上述多個聚合層制作光學(xué)器件的方法。該方法包括一下步驟-提供襯底；-在襯底頂部淀積由具有第一雙折射系數(shù)并反射預(yù)定波長帶的可聚合膽甾液晶制成的第一層，并使第一層聚合；一在前一層上淀積并聚合由反射所述預(yù)定波長帶并具有相對于前一層逐漸變化的各自雙折射系數(shù)的可聚合膽甾液晶制成的疊加層，以便由多個疊層制作在薄膜厚度方向具有雙折射梯度的薄膜。
本發(fā)明還涉及制備具有上述單元的光學(xué)器件的方法。該方法包括一下步驟-制備包含由下列混合物構(gòu)成的薄膜的液晶單元濾除紫外輻射的試劑、具有第一雙折射系數(shù)并反射預(yù)定波長帶的第一膽甾液晶、和具有不同于第一雙折射系數(shù)的第二雙折射系數(shù)并反射所述預(yù)定波長帶的第二膽甾液晶；-利用來自單元上表面的紫外輻射照射混合物，來聚合薄膜頂部的第二液晶，這樣第二液晶將通過聚合作用大部分固定在頂部，其濃度將隨著薄膜的深度而下降。
這種通過隨深度變化的聚合作用實現(xiàn)的部分隔離可以由歐洲專利EP606940和美國專利5，691，789獲知，但是其制作方法是混合兩種具有不同螺距的液晶，而不是不同的雙折射系數(shù)。實際上，在這些方法中，其目的是制備具有膽甾螺旋螺距梯度的膽甾偏振器，以便提供比現(xiàn)有技術(shù)更寬的帶寬。這完全不同于本發(fā)明的目的，本發(fā)明的目的是精確地限制光學(xué)器件的帶寬。然而，在這些現(xiàn)有技術(shù)出版物中提及的、隨深度逐漸下降的聚合方法可以用于實現(xiàn)在此公開的本發(fā)明。
本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點將通過參照附圖，閱讀完全通過實例的方式給出的本發(fā)明的兩個優(yōu)選實施方案的詳細描述而更加清楚，其中-圖1示出能夠反射紅色光的傳統(tǒng)布拉格反射器的反射譜，以及人眼的適光曲線；-圖2示出乘以人眼的適光響應(yīng)之后的圖1的反射譜；-圖3示出本發(fā)明的光學(xué)器件的第一實施方案；-圖4示出與圖3有關(guān)的第一雙折射曲線；-圖5示出本發(fā)明的光學(xué)器件的第二實施方案；-圖6示出與圖3和5有關(guān)的第二雙折射曲線；-圖7示出圖3和5的光學(xué)器件的反射譜；和-圖8a至8e示出與圖3和5有關(guān)的第三、第四、第五、第六和第七雙折射曲線。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將注意到，本發(fā)明可以應(yīng)用于大量的光學(xué)器件。通過示例的方式，在此將描述兩個優(yōu)選實施方案，分別是濾光器和布拉格反射器。
第一實施方案將參考示出濾光器20的圖3進行描述。
濾光器20包括透明襯底22和由多層經(jīng)聚合作用形成的液晶聚合物層24a至24j構(gòu)成的液晶薄膜23，這些晶體能夠反射與例如紅色光對應(yīng)的預(yù)定波長帶。聚合物層的數(shù)目只是通過示例的方式給出的。在圖3所示的實例中，層24a至24j相互層疊在一起，這樣層24j的下表面25與襯底22的上表面緊密接觸，層24a的上表面26接收在圖3中由箭頭L表示的入射光。襯底22可以由玻璃或塑料材料制成。因為襯底22是透明的，濾光器22向下傳播除布拉格反射作用向上反射的波長帶之外的所有入射光線L。
層24a至24j均具有恒定的雙折射系數(shù)，但是各層之間的雙折射系數(shù)并不相同，這樣在薄膜23中不存在零雙折射梯度。圖4示出薄膜23的第一雙折射曲線△n隨薄膜深度z的變化。具體地說，圖4示出代表異常折射率ne曲線的曲線50和代表普通折射率no曲線的曲線52隨深度z的變化。大家知道，雙折射△n定義為△n=ne-no。曲線50和52是階梯函數(shù)，它們分別隨著深度z下降和上升，這樣雙折射隨著深度的增加而下降，即具有隨深度變化的負梯度。換句話說，薄膜23在表面(即，z=0)的雙折射較強，而在深處較弱。通過示例，結(jié)合圖4，雙折射在z=0處為0.23，并隨著深度每增加1μm而下降0.023。
層24a至24i是根據(jù)用于制作具有隨深度z作階梯變化的全局折射率曲線的液晶的制作方法制作的。該方法的描述見于涉及本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的文獻，特別是歐洲專利申請EP0881509，該申請公開了一種由多層具有不同反射光波長的聚合膽甾液晶制成的分層偏振器。本質(zhì)上，參考附圖3，制作薄膜23的方法包括以下步驟在襯底22的上表面淀積具有第一雙折射值的第一膽甾液晶單層；使第一層聚合，形成層24j；以類似于層24j的方式，制作后續(xù)層24i至24a，只是液晶分別具有逐漸降低的雙折射值，這樣層24a至24j就構(gòu)成了其雙折射值呈現(xiàn)為如圖4所示的曲線的層23。在一種變例中，各層還可以按照雙折射增加或根據(jù)任意規(guī)則變化的方式進行淀積。
注意實現(xiàn)歐洲專利申請EP0881509中公開的制作方法的目的不同于本發(fā)明。事實上，在本申請中，加寬反射帶，以便反射可見光的全部光譜，這種反射是通過膽甾結(jié)構(gòu)的螺距梯度實現(xiàn)的。
上面已經(jīng)解釋了，通過選擇性地反射波長帶，濾光器20允許入射光譜L的所有剩余部分通過。由此可以理解的是，有可能將多個同類型的基本濾光器復(fù)合在一起，但每個基本濾光器都分別反射不同的波長帶，構(gòu)成一個復(fù)合濾光器，該濾光器反射基本濾光器反射譜的形狀，并基本上透射入射光譜的所有其它波長。作為在每個基本濾光器的反射波長和透射波長之間的清晰突變的結(jié)果，獲得了“定制(made toorder)”、精確定義的透射譜。
值得注意的是，如果入射光L來自下面，在圖3所示的情況下，即雙折射梯度隨深度的變化是正的，還具有著消除反射光中的側(cè)帶的作用。這還意味著圖4的折射率曲線50和52可以左右顛倒，同時保持相同的光學(xué)效果。換句話說，底層24j的雙折射最大，頂層24a的最小。
還要注意，濾光器20執(zhí)行色彩選擇功能，即與色彩偏振器相同的功能，而不必使用圓偏振器，薄膜23的膽甾結(jié)構(gòu)實現(xiàn)入射光的圓偏振選擇。
應(yīng)當(dāng)注意，圖3所示的光學(xué)器件還可以構(gòu)成反射器。在這種情況下，在襯底22的上表面25上安置反射層是有利的。
現(xiàn)在參考圖5，描述第二實施方案，該圖示出了構(gòu)成布拉格反射器30的液晶單元。
反射器30包括安置在前側(cè)，即接收由箭頭L表示的入射光的一側(cè)，的第一透明襯底32，和安置在后側(cè)的第二襯底34，這樣襯底34面向襯底32延伸，并與之平行。
襯底32和34可以由玻璃和塑料材料制作，襯底34可以是不透明的，例如黑色。如圖5所示，襯底34也可以覆以光吸收層43，例如位于前側(cè)襯底32上的襯底34的表面上的黑色層。在另一實施方案中，層43可以是反射層。
襯底32和34通過密封架36連接在一起，以便在它們之間界定出包含膽甾型液晶(CL)薄膜38的腔。薄膜38由液晶和手性(chiral)聚合物的混合物制作，且在薄膜38的深度中形成隨深度變化的非零雙折射梯度。
圖6示出具有隨著在薄膜38中的深度z變化的負梯度的雙折射曲線△n。準確地說，圖6示出了隨深度z變化的異常折射率ne的曲線曲線60和普通折射率no的曲線62。曲線50和52分別隨著深度z的增大而下降和上升，這樣液晶CL的雙折射作用在薄膜38的上表面39(即在z=0處)非常顯著，隨著深度的增加逐漸變?nèi)?。結(jié)合圖6，僅以示例的方式，雙折射值在z=0處為0.23，并隨深度每增加1um而下降0.023。
薄膜38可以根據(jù)使用混合物的制作方法進行制作，混合物包括濾除紫外輻射的試劑；以可聚合單體形式存在的低雙折射的第一膽甾液晶和高雙折射的第二膽甾液晶(其雙折射明顯地高于第一液晶)，例如在紫外線照射下可聚合的單體。在這種放置在反射器30的腔中的混合物中，來自反射器上方的UV射線促使第二液晶聚合。假定因為存在濾波試劑，使聚合作用隨深度z的增加而下降，第二液晶單體在薄膜頂部傾向于變得更加稀薄，由此通過擴散而上升，并在較淺的位置聚合量更大。這就在薄膜頂部(即靠近表面的位置)的第二聚合膽甾液晶中形成梯度，產(chǎn)生與圖6類似的雙折射曲線。
通過示例，根據(jù)數(shù)字模擬，計算了反射器30的反射譜。該譜由圖7中的曲線70示出。注意，曲線70不再包含側(cè)帶(不同于圖1中的曲線1)，并以650nm的波長為中心，即基本上以紅色光的波長為中心。反射峰的邊緣幾乎是垂直的，這就確保了非常高的色彩純度。還要注意，與紅色光波長對應(yīng)的反射系數(shù)幾乎等于1，這可以使反射紅色光的鮮艷度達到最優(yōu)。
換句話說，已經(jīng)觀察到，在薄膜38的深度中存在的雙折射梯度具有將反射譜限制在預(yù)期色彩(即，在圖5的實例中是紅色光)的波長范圍之內(nèi)的作用，具有使反射系數(shù)接近1的作用。結(jié)果，反射器30反射的預(yù)期色彩的飽和度更高，更加艷麗，即純度更高。
已經(jīng)計算出，存在最小雙折射梯度，只要超過該梯度就可以顯著地改善反射器30的品質(zhì)。例如，在薄膜38的10％厚度中存在雙折射梯度的情況下，最小雙折射梯度大約為0.1/μm，在薄膜38的整個厚度中都存在雙折射梯度的情況下，最小雙折射梯度大約為0.01/μm。對于一些中間情況，最小梯度值可以作為厚度的函數(shù)通過插值獲得，如果有的話。
注意，反射器30完成與色彩偏振器相同的色彩選擇功能，而不必使用圓偏振器，因為單元38的膽甾表面實現(xiàn)了對入射光的圓偏振選擇。
作為一個變例，可以由反射器30制作可切換單元反射器，如圖5所示。為此，控制液晶CL，使其具有至少兩種狀態(tài)，即反射與預(yù)定色彩相對應(yīng)的波長范圍內(nèi)的光的第一狀態(tài)，例如紅色光，和透射光線的第二狀態(tài)。
面向襯底34的襯底32的表面具有第一組電極40。面向襯底32的襯底34的表面包括例如排列成與電極40垂直的條形的第二組電極42。電極40和42中的每一個都是由利用傳統(tǒng)技術(shù)淀積并構(gòu)造的透明導(dǎo)電條制作的，優(yōu)選的是由氧化銦-錫(ITO)制作。反射器30以眾知的方式連接到電極40和42的控制電路，該電路能夠為選定的電極提供適當(dāng)?shù)目刂齐妷?，以便調(diào)節(jié)位于電極40和42的交叉點上的液晶的光學(xué)條件，即將其切換到上述兩種狀態(tài)中的一種，或切換到這兩種狀態(tài)之間的中間狀態(tài)。
經(jīng)改進，如圖5所示，反射器30的可切換單元包括安置在薄膜38和電極40之間的組合層41。安置這種組合層41的一個優(yōu)點是它可以構(gòu)成保證可切換單元反射器30的可靠性所必需的介質(zhì)阻擋層。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講，可以在不偏離本發(fā)明范圍的條件下，對上述描述進行各種修改。
作為一個變例，光學(xué)器件的單元可以制作得反射可見光中除紅色光之外的一種色光，例如藍色光，或可見光之外的射線，例如紅外線。
作為另一實施方案，在薄膜的部分或整個厚度中具有非零雙折射梯度的薄膜可以根據(jù)圖8a和8e所示的雙折射曲線中的一種進行制作。
圖8a示出由折射率ne的曲線80和折射率no的曲線82表示的第三雙折射曲線。注意，曲線80是隨著深度z的增加而下降的函數(shù)，曲線82是不隨深度z變化的函數(shù)。這就產(chǎn)生了雙折射梯度，雙折射在薄膜38的頂部(即在z=0處)最大。
圖8b示出由折射率ne的曲線84和折射率no的曲線86表示的第四雙折射曲線。注意，曲線84是隨著深度z的增加而上升的函數(shù)，曲線86是隨著深度z的增加而下降的函數(shù)。這就產(chǎn)生了雙折射梯度，雙折射在薄膜38的底部(即在z=10μm處)最大。
圖8c示出由折射率ne的曲線88和折射率no的曲線90表示的第五雙折射曲線。注意，曲線88對應(yīng)于隨著深度z變化的正的正弦曲線交替，曲線90對應(yīng)于隨著深度z變化的負的正弦曲線交替。這就產(chǎn)生了雙折射梯度，雙折射在薄膜38的中部(即在z=5μm處)最大，在薄膜表面最小。
圖8d示出由折射率ne的曲線92和折射率no的曲線94表示的第六雙折射曲線。注意，曲線92對應(yīng)于隨著深度z變化的正的正弦曲線交替，曲線94是不隨深度z變化的函數(shù)。這就產(chǎn)生了雙折射梯度，雙折射在薄膜38的中部(即在z=5μm處)最大。
圖8e示出由折射率ne的曲線96和折射率no的曲線98表示的第七雙折射曲線。注意，曲線96對應(yīng)于隨著深度z變化的正的正弦曲線交替，曲線90對應(yīng)于隨著深度z變化的負的正弦曲線交替，折射率ne和no在z=0μm和z=10μm處，即薄膜38的兩個表面處，具有相同值。由此，雙折射具有可變的梯度，其最大值在薄膜38的中部(即在z=5μm處)。
作為一個變例，可以制作根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)薄膜疊層，每個器件都能夠通過布拉格反射選擇預(yù)定的波長帶，這樣疊層就能夠反射幾個預(yù)定的波長帶，因為由安置在底部的薄膜反射的光波帶(如果入射光來自上面)可以透過放置在上面、且不反射該波長帶的薄膜。通過合理地組合具有不同反射帶的薄膜，可以構(gòu)成任何所需的反射譜，以及透射譜，該透射譜對應(yīng)于缺少反射譜帶的入射光譜。
權(quán)利要求
1．一種反射在入射光中出現(xiàn)的至少一個預(yù)定波長帶的布拉格反射光學(xué)器件(20，30)，該器件包括至少一層膽甾型液晶薄膜(23，38)，其特征在于所述液晶薄膜至少在其厚度的一部分中具有隨著薄膜深度(z)變化的雙折射梯度。
2．權(quán)利要求1的光學(xué)器件，其特征在于所述薄膜(23)由多個能夠反射所述預(yù)定波長帶的膽甾型液晶制成的聚合層(24a-24j)構(gòu)成，各層均具有恒定的雙折射系數(shù)，各層的系數(shù)互不相同，且按順序排列，從而構(gòu)成所述雙折射梯度。
3．權(quán)利要求1的光學(xué)器件，其特征在于該器件包括具有所述液晶薄膜(38)的單元，所述單元具有第一和第二襯底(34，32)和界定出包含薄膜的腔的密封架(36)。
4．權(quán)利要求3的光學(xué)器件，其特征在于所述薄膜(38)包括兩種具有不同雙折射的液晶的混合物，一種液晶通過聚合作用在薄膜中固化，以便形成隨深度(z)變化的濃度。
5．權(quán)利要求3或4的光學(xué)器件，其特征在于還包括兩組分別安置在薄膜(38)兩側(cè)的電極(40，42)和連接到所述電極并選擇性地為其提供控制電壓的控制電路，以便使第一液晶由反射來自所述特定波長帶的光線的第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換到透射該光線的第二狀態(tài)，或反之。
6．權(quán)利要求1的光學(xué)器件，其特征在于所述雙折射梯度是負的，雙折射(△n)隨著由接收入射光的薄膜(23，38)表面算起的深度(z)的增加而下降。
7．權(quán)利要求6的光學(xué)器件，其特征在于所述薄膜具有隨著深度(z)的增加而下降的異常折射率(ne)。
8．權(quán)利要求6或7的光學(xué)器件，其特征在于所述薄膜具有隨著深度(z)的增加而升高的普通折射率(no)。
9．權(quán)利要求1的光學(xué)器件，其特征在于所述雙折射梯度是正的，雙折射(△n)隨著由接收入射光的薄膜(23，38)表面算起的深度(z)的增加而升高。
10．權(quán)利要求9的光學(xué)器件，其特征在于所述薄膜具有隨著深度(z)的增加而升高的異常折射率(ne)。
11．權(quán)利要求9或10的光學(xué)器件，其特征在于所述薄膜具有隨著深度(z)的增加而下降的普通折射率(no)。
12．權(quán)利要求7或10的光學(xué)器件，其特征在于所述薄膜具有恒定的普通折射率(no)。
13．權(quán)利要求1的光學(xué)器件，其特征在于所述雙折射梯度隨著由接收入射光的薄膜(23，38)表面算起的深度(z)的變化而變化。
14．權(quán)利要求13的光學(xué)器件，其特征在于所述雙折射在薄膜厚度的中央最大，在靠近薄膜表面的位置最小或為零。
15．權(quán)利要求1-12之一的光學(xué)器件，其特征在于所述雙折射梯度的絕對值大于最小值，單位深度的所述最小值介于雙折射梯度只出現(xiàn)在薄膜的10％厚度中的0.1/μm和雙折射梯度出現(xiàn)在整個薄膜厚度中的0.01/μm之間。
16．前述任一權(quán)利要求的光學(xué)器件，其特征在于包括多層所述液晶薄膜(23，38)的堆棧，每層薄膜都反射不同波長帶的光。
17．權(quán)利要求1至15之一的光學(xué)器件，其特征在于包括相對于薄膜(38)配置在與接收入射光的一側(cè)相對的另一側(cè)上的反射層(43)。
18．權(quán)利要求1至16之一的光學(xué)器件，其特征在于該器件構(gòu)成了一個利用一層或多層液晶薄膜(23，38)反射一個或多個入射光波長帶并允許入射光譜的剩余部分通過的濾光器。
19．制備權(quán)利要求2的光學(xué)器件(20)的方法，包括以下步驟-提供襯底(22)；-在所述襯底的上表面淀積由具有第一雙折射系數(shù)并反射預(yù)定波長帶的可聚合膽甾液晶構(gòu)成的第一層(24)，并使第一層聚合；-在前一層上淀積并聚合由反射預(yù)定波長帶并具有相對于前一層逐漸變化的各自雙折射系數(shù)的可聚合膽甾液晶制成的疊加層(24i-24a)，以便由多個疊層制作在薄膜厚度方向具有雙折射梯度的薄膜。
20．制備權(quán)利要求3的光學(xué)器件(30)的方法，包括以下步驟-制備包含由下列混合物構(gòu)成的薄膜的液晶單元濾除紫外輻射的試劑、具有第一雙折射系數(shù)并反射預(yù)定波長帶的第一膽甾液晶、和具有不同于第一雙折射系數(shù)的第二雙折射系數(shù)并反射所述預(yù)定波長帶的第二膽甾液晶；-利用來自單元上表面的紫外輻射照射混合物，來聚合薄膜頂部的第二液晶，這樣第二液晶將通過聚合作用大部分固定在頂部，其濃度將隨著薄膜的深度(z)的增加而下降。
21．將權(quán)利要求1至16之一的光學(xué)器件用作使處于一個或多個預(yù)定波長帶構(gòu)成的、且受到所述一層或多層薄膜反射的光譜外部的入射光透射的濾光器的使用。
全文摘要
光學(xué)器件(20)是利用至少一層能夠反射來自入射光的至少一個波長帶的膽甾液晶薄膜(23)制作的。該器件的特征是在薄膜的部分或全部厚度中存在非零雙折射梯度。該梯度是通過重疊雙折射系數(shù)分別上升或下降的各層(24a－24j)而獲得的。雙折射梯度具有消除反射譜側(cè)帶的作用,因此使反射光的色彩更加艷麗,飽和度更高。這種作用對于紅色光特別有利,因為人眼對位于黃色光一側(cè)的側(cè)帶特別敏感。
文檔編號G02B5/26GK1283800SQ00122608
公開日2001年2月14日 申請日期2000年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月4日
發(fā)明者J·格魯普, P·基普菲爾, T·沙夫, C·波利, R·克拉珀特, H·P·赫爾茲格 申請人:阿蘇拉布股份有限公司