專利名稱：包含膽甾型液晶混合物的光譜檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量在電磁頻譜部分上的光特性的光譜檢測器。具體地，本發(fā)明涉及包含膽留型液晶的光譜檢測器。
背景技術(shù)：
在由人造光源照明的環(huán)境中，照明管理變得越來越重要。一般來說，使用諸如發(fā)光二極管的固態(tài)光源允許調(diào)整發(fā)射光的顏色。舉例來說，通常希望能夠檢測光源環(huán)境中光的色點及顯色指數(shù)，以及從光源發(fā)射的光的在一部分電磁頻譜上的其他特性，以控制及調(diào)整優(yōu)選的光設(shè)置或者營造動態(tài)的照明環(huán)境。此外，最好是這種檢測能夠以不突兀的方式進行。 另外，希望能夠確定入射到照明環(huán)境中某些位置(例如人工的照明房間)上的光的如上所述之類的特性。因此，不僅對通量感興趣，對光源的光譜信息也是感興趣的。為此，希望有一種廉價的、不突兀且容易制造的設(shè)備能夠進行這種檢測。已知光譜檢測器的一個缺陷是其一般要求的輔助光學(xué)組件得進行對準且需要空間，因此價格昂貴且體積大，而且一般不可能將其不突兀地布置在所需位置以執(zhí)行光譜檢測。已知光譜檢測器的另一缺陷是其不能夠在不實際上移動光譜檢測器和/或耦合到該光譜檢測器的光纖的情況下測量作為入射光的入射角度的函數(shù)的光特性(例如光譜信息)。文件US5762823A及US5798057A公開了一種用于制造可切換膽留型濾光片的方法，所述可切換膽留型濾光片包含提供于基本平行的兩個基板之間的可聚合液晶分子的混合物，其中為兩個基板中的每個基板提供電極。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明目標之一是提供一種能夠測量在電磁頻譜部分上的光特性的光譜檢測器，該光譜檢測器相對于已知設(shè)備是一種改進。液晶是表現(xiàn)出常規(guī)液相與固相之間的相的物質(zhì)。例如，液晶可像液體一樣流動，但是液晶中的分子可能仍然如在晶體中一樣排列和/或定向。液晶可能處在各種相中，這由存在于液晶中的分子排列的類型表征。特別地，膽留或者手性向列相中的液晶表現(xiàn)出手征性或者手偏性。膽留型液晶中的分子為手性的，即所述分子不具有反演對稱性。膽留型液晶自然地采用(沒有外部影響，如電場)分子長連串排列，其中這種分子連串的總體方向，即指向矢在圍繞螺旋軸的方向上呈螺旋地變化。因此，分子在膽留相中表現(xiàn)出螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了 360度的距離即螺旋節(jié)距或者手征節(jié)距ρ (以下簡稱為螺距)，與折射率、和入射光的波長及入射角度等一起決定膽留型液晶的光學(xué)特性。一般來講，膽留型液晶混合物包含向列型液晶及自身可能是液晶的手性組分。如果螺距的數(shù)量級在對應(yīng)可見光的波長的數(shù)量級(即其包含在可見光對應(yīng)的波長范圍內(nèi))， 則將會發(fā)生光的反射，而反射波長λ為λ = n/(HTP · χ) = η · ρ，
其中η為膽留型液晶的平均折射率，χ為膽留型液晶混合物中存在的手性摻雜物的百分比，及HTP是所謂的手性組分在基質(zhì)材料中的螺旋扭曲力。在上述方程中，(ΗΤΡ ·χ) 等于螺距的倒數(shù)(即1/Ρ)。只有具有一個(圓)偏振方向的光才會被反射。為了獲得反射帶位置在所期望波長處的材料，可以調(diào)整手性組分在基質(zhì)材料中的百分比χ。也有可能使用具有另一 HTP的另一手性摻雜物來獲得在期望波長處的反射帶。對于特定的膽留型混合物，HTP與溫度相關(guān)，從而這些膽留型混合物為熱致變色的。在其他膽留型混合物中，膽甾型液晶中的手性組分為光敏異構(gòu)化的或者光致變色的。這意味著照射這種混合物時，部分手性材料的螺旋扭曲力(HTP)改變，導(dǎo)致反射帶位置偏移。通常，膽甾型液晶為非宏觀定向，并且其為隨機定向。因此，有必要將宏觀定向引入到分子中使得分子變得宏觀定向。為了引入宏觀定向，舉例來說，可將膽留型液晶定位在包含單軸磨光的聚合物(諸如聚酰亞胺)的兩個基板之間。這樣便引起一種具有膽留型分子平面定向的所謂格蘭德吉恩(Grandjean)織構(gòu)，其中膽甾型分子螺旋垂直于基板定向。本發(fā)明基于入射到膽留型液晶材料的光的反射波長依賴于手性分子的螺距，所述螺距能夠以例如如上所述的不同方式控制。通過將這種膽留型液晶材料放置在兩個偏振片之間，獲得一種將具有第一波長帶的入射光轉(zhuǎn)換成具有第二波長帶的偏振光的帶通濾光片。從而可通過使用能夠改變手性分子螺距的切換裝置，而使得響應(yīng)于所述切換裝置調(diào)整透射波長帶的位置，從而獲得可切換光學(xué)濾光片。另一種獲得帶通濾光片的方式是通過使用兩個堆疊在一起的寬帶膽留型反射片， 其中在可見光區(qū)域沒有(或者只有非常少)交疊，使得在該區(qū)域中光透射?？紤]到膽甾型液晶只反射一個偏振方向，需要布置一個寬帶圓偏振片在堆疊的底部或者頂部使得所述帶通濾光片并不依賴于入射光的偏振。另一種可能是使用針對左和右兩種偏振方向都適用的膽甾型材料的堆疊。這些濾光片能夠在反射模式中使用，使得只有由膽留型層反射的光到達光電檢測器。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了如獨立權(quán)利要求1所限定的包含光電檢測器陣列及可切換膽留型液晶光學(xué)濾光片的光譜檢測器，該光譜檢測器表現(xiàn)一些相對于已知設(shè)備的優(yōu)勢。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠以簡單的方式直接用于測量在電磁頻譜的不同部分上的光特性，其中能夠以一種簡單且可靠的方式控制或者切換穿過光學(xué)濾光片或者由光學(xué)濾光片反射的光的光譜特性。另外，通過使用根據(jù)本發(fā)明的光譜檢測器，可以在各種期望的照明環(huán)境中以不突兀的方式執(zhí)行這種測量，這是由于本發(fā)明光譜檢測器的小型化(即物理形狀及尺寸)特點。正由于小型化特點，所述光譜檢測器可以很容易地集成于若干應(yīng)用中，例如燈、 光學(xué)設(shè)備及發(fā)光體。此外，這種光譜檢測器能夠以簡單、廉價的方式制造。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種根據(jù)權(quán)利要求12所限定的發(fā)光系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含根據(jù)本發(fā)明第一方面或者其實施方式的光譜檢測器。通過采用由光譜檢測器執(zhí)行的測量，本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)允許以簡單、可靠的方式控制支配發(fā)光系統(tǒng)的操作或者其照明特性的參數(shù)。光譜檢測器可布置在發(fā)光系統(tǒng)內(nèi)部或者作為耦合到發(fā)光系統(tǒng)的外部設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，切換裝置能夠執(zhí)行下列操作中的之一或更多以便以可逆的方式調(diào)整膽留型材料的反射波長帶加熱至少一個液晶層及在至少一個液晶層上施加電場。根據(jù)所使用的膽留型混合物的類型，這種裝置允許逐漸調(diào)整膽留型材料反射帶的位置并將其作為引入到膽留型材料的溫度和/或在膽留型材料上施加的電壓的函數(shù)，或者允許在不同光學(xué)狀態(tài)之間切換，例如，在針對電磁頻譜的一部分(例如，可見光的基本整個波長帶)基本全部透射和基本全部反射之間切換。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，光譜檢測器包含至少兩個偏振片，優(yōu)選地偏振片為線性偏振片，其中至少兩個偏振片布置為使得包含膽留型液晶混合物的至少一個層布置在至少兩個偏振片之間，且使得所述偏振片中的至少一個偏振片相對于至少一個其他偏振片交叉定向。通過這種配置產(chǎn)生了一種帶通濾光片，其將入射到光學(xué)濾光片上的具有一定波長帶的光轉(zhuǎn)換為具有窄波長帶的線性偏振光，窄波長帶大約在由包含在膽留型材料中的手性分子的螺距及膽留型材料的平均反射系數(shù)限定的波長處。因此，只有波長在明確限定的波長范圍內(nèi)的線性偏振光才能夠透射通過偏振片及膽留型液晶材料。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方式，光譜檢測器進一步包含至少一個能夠過濾圓偏振光的圓偏振片，從而提供進一步優(yōu)勢。舉例來說，如果兩個寬帶膽留型液晶層相互鄰近布置，則光的一個小波長帶將透射。通過采用圓偏振片，優(yōu)選地圓偏振片配置為使得其具有與膽甾型液晶層的偏振方向反向的偏振，則光的其他圓偏振組分的透射可被消除。替代地，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，可采用將多個膽留型液晶層互相鄰近布置(例如堆疊)，以獲得獨立于入射光的偏振而操作的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方式，光譜檢測器進一步包含至少一個吸收片或者吸收層。這樣，光譜檢測器可布置為使得只有從膽留型液晶層反射的光才能夠到達光電檢測器陣列。換言之，只有波長在反射波長帶之內(nèi)的光才會被弓丨導(dǎo)到光電檢測器陣列。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，光譜檢測器進一步包含至少一個減反射層或者減反射覆蓋層。優(yōu)選地，除了該至少一個減反射層，光譜檢測器還包括至少一個吸收層，如先前所述。通過這些配置，提供了在使用膽留型光學(xué)濾光片過濾光且接著使用光電檢測器陣列檢測經(jīng)過濾或者被反射的光的過程中更好的通用性。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方式，光譜檢測器進一步包含延遲層，其用于引起穿過延遲層的光的相位差別。舉例來說，延遲層可能是半波長延遲層以引起穿過延遲層的光的相位差別，所述相位差別對應(yīng)于光波長的一半。這樣提供了在使用膽留型光學(xué)濾光片過濾光且接著使用光電檢測器陣列檢測經(jīng)過濾或者被反射的光的過程中更好的通用性。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，光譜檢測器包含多個層，其中每個層包含膽甾型液晶混合物，所述層相互鄰近布置以形成組合層。此外，每一層與反射波長特性及偏振特性相關(guān)聯(lián)，其中組合層布置為使得透射通過所述組合層的光獨立于入射到所述組合層的光的偏振。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方式，耦合到至少一個切換裝置的至少一個膽留型液晶層布置為，使得所述膽留型液晶層的至少一部分中的膽留型液晶混合物的螺距不同于所述膽甾型液晶層的其他部分中的膽留型液晶混合物的螺距。通過這種配置，大致允許入射到該至少一個膽留型液晶層的光束穿過膽留型液晶層的具有與膽留型液晶層的其他部分不同的光學(xué)透射率的部分。這樣允許在使用膽留型光學(xué)濾光片過濾光且接著使用光電檢測器陣列檢測經(jīng)過濾或者被反射的光的過程中更好的通用性。優(yōu)選地，將光電檢測器陣列的像素與一般具有不同光學(xué)透射特性的膽留型液晶層的部分相對齊。從而，光電檢測器陣列的像素能夠與不同透射波長相關(guān)聯(lián)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，耦合到至少一個切換裝置的至少一個膽留型液晶層中的膽留型液晶混合物根據(jù)下列中的之一或更多配置所述層的反射帶位置是可變的， 以及所述層的反射帶幅度是可變的。這可通過使所述膽留型液晶層中的膽留型液晶混合物為熱致變色或者光致變色的而實現(xiàn)，即在分別改變這種混合物的溫度或者照射時，一部分手性材料的扭曲力改變。從而提供一種可切換膽留型光學(xué)濾光片。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方式，耦合到至少一個切換裝置的至少一個膽留型液晶層中的膽留型液晶混合物是熱致變色的、光致變色或光敏異構(gòu)化的，及當在所述層上施加電場時或者當該電場強度改變時，其對于可見光光譜的至少一部分基本透明(即具有幾個百分比的光吸收，優(yōu)選地，在-10%范圍內(nèi))中的一種或多種。因此，可通過改變溫度、 光激發(fā)(除其他以外)和/或施加的電場而調(diào)整至少一個膽留型液晶層中膽留型液晶混合物的手性組分的螺距。從而，一個或多個膽留型液晶層的反射波長帶可響應(yīng)于溫度的變化、 尤其是光的照射、和/或施加的電場而調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，光譜檢測器進一步包含光方向選擇層，該光方向選擇層包括多個部分。這些部分配置為使得至少一個部分布置為使得其能夠選擇入射到光譜檢測器上的與光方向選擇層的其他部分相比具有不同方向的光。換言之，提供了一種區(qū)段化的層，其中每個部分或者每個區(qū)段一般能夠選擇具有不同入射角度的光。優(yōu)選地，將光電檢測器陣列的像素與光方向選擇層的不同區(qū)段相對齊，使得光電檢測器陣列的像素能夠與不同的入射角度相關(guān)聯(lián)。這樣，光譜檢測器允許將光譜信息作為入射角度的函數(shù)而獲得。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方式，光譜檢測器進一步包含光方向選擇層，該光方向選擇層包括多個部分。這些部分配置為使得至少一個部分布置為其能夠選擇入射到光譜檢測器的與光方向選擇層的其他部分相比具有不同方向的光。同時，光譜檢測器進一步包含下列中的一個或者多個至少一個吸收片或者吸收層、至少一個圓偏振片、至少一個減反射層或者減反射覆蓋層及至少一個延遲層，比如如上所述的。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，操作上耦合于膽留型液晶層中的至少一個的至少一個切換裝置能夠改變下列中的之一或更多包含在所述至少一個膽留型液晶層中的膽甾型液晶混合物的手性組分的螺距的幅度及方向。所述螺距的方向指的是膽留型液晶材料的螺旋軸的總體方向。通過這種配置，提供了在切換膽留型液晶材料過程中更好的通用性。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認識到的，以上描述的關(guān)于本發(fā)明不同方面及實施方式的特征，以及在所附權(quán)利要求中所揭示的特征，無論以任何方式組合都在應(yīng)在本發(fā)明范圍內(nèi)。應(yīng)當理解的是，如附圖所示的本發(fā)明的示例性實施方式只是為了舉例說明。當附圖與下列詳細描述以及所附權(quán)利要求相結(jié)合考慮時，本發(fā)明的進一步實施方式將變得清林疋。此外，需要理解在附圖中提供的附圖標記是為了方便權(quán)利要求的更快理解，從而不能以任何方式將其解釋為對本發(fā)明范圍的限制。


圖1為本發(fā)明的一個示例性實施方式的側(cè)視示意圖。2e為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的本發(fā)明工作原理的示意圖，其中
圖2a為示出根據(jù)一個示例性實施方式的本發(fā)明工作原理的側(cè)視示意圖，其中膽甾型液晶層布置在兩個線性偏振片之間；圖2b為示出根據(jù)一個示例性實施方式的本發(fā)明工作原理的側(cè)視示意圖，其中兩個膽留型液晶層布置在圓偏振片之上；圖2c為示出根據(jù)一個示例性實施方式的本發(fā)明工作原理的側(cè)視示意圖，其中四個膽留型液晶層一個布置在另一個之上；圖2d為示出根據(jù)一個示例性實施方式的本發(fā)明工作原理的側(cè)視示意圖，其中在反射模式中使用膽留型液晶層；及圖2e為示出根據(jù)一個示例性實施方式的本發(fā)明工作原理的側(cè)視示意圖，其中半波長延遲層放置在反射偏振光的兩個膽留型液晶層之間。圖3為示出本發(fā)明的一個示例性實施方式的工作原理的示意圖。 圖4a-圖4d為示出了本發(fā)明示例性實施方式的示意圖。圖5為本發(fā)明另一實施方式的側(cè)視示意圖。圖6a-圖6b為本發(fā)明示例性實施方式的示意圖。
具體實施例方式為示例起見，下面將參照伴隨附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其中在所有附圖中相似的數(shù)字表示相同或者相似的元件。本發(fā)明也涵蓋了其他包含以下描述的特征的組合的示例性實施方式。另外，本發(fā)明其他示例性實施方式在所附權(quán)利要求中限定。在以下描述中，尤其是對于附圖，所涉及的膽留型液晶優(yōu)選地處于宏觀定向狀態(tài)。圖1為本發(fā)明的一個示例性實施方式的側(cè)視示意圖，其中根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的光譜檢測器1包含層2，層2包含膽留型液晶混合物。雖然在由圖1示出的示例性實施方式中包含一個含有膽留型液晶混合物的層，然而需要理解的是，本發(fā)明涵蓋了包含任何數(shù)目的此類層的其他示例性實施方式。液晶材料2可能進一步包含聚合物或者聚合物網(wǎng)絡(luò)。然而，這不會妨礙如下所描述的層2的切換。優(yōu)選地，膽留型液晶混合物為熱致變色的、光敏異構(gòu)化的、和/或當施加足夠高的電場時，所述材料對于可見光(除其他以外)變得透明。如本領(lǐng)域所知道的，光敏異構(gòu)化的意思是可由光激發(fā)引起的結(jié)構(gòu)的改變。存在可逆及不可逆兩種光敏異構(gòu)化反應(yīng)。然而，在本發(fā)明的上下文中，光敏異構(gòu)化優(yōu)選地為可逆光敏異構(gòu)化。根據(jù)圖1所示的本發(fā)明的示例性實施方式，光譜檢測器1可選地進一步包含兩個基板10。優(yōu)選地對可見光(除其他以外)透明的這種基板10例如為設(shè)備1提供了增強的機械強度。根據(jù)該特定實施方式，光譜檢測器濾光片1也包含兩個透明的電極4，其對可見光(除其他以外)透明，其中膽留型液晶2夾在兩個電極4之間?？蛇x地，根據(jù)優(yōu)選實施方式，膽留型液晶2布置在定向?qū)?未示出)之間，該定向?qū)訉⒏裉m德吉恩(Grandjean)織構(gòu)狀態(tài)引入液晶中。另外，光譜檢測器1中包含光電檢測器陣列8，其能夠感測電磁輻射(優(yōu)選地包含可見光)。優(yōu)選地，光電檢測器陣列8包含光電二極管陣列、電荷耦合設(shè)備(CCD) 及光電晶體管陣列中的一個或者多個。然而，光電檢測器陣列并不限于這些選擇，實際上， 任何能夠使用以實現(xiàn)本發(fā)明的第一方面或者其實施方式的功能的光電檢測器陣列均被認為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，為便于解釋本發(fā)明的目的，圖1省略了用于將光電檢測器陣列耦合到處理單元、控制單元及分析設(shè)備等(未示出)的布線、電路等。 圖2a是示出根據(jù)一個示例性實施方式的本發(fā)明工作原理的側(cè)視示意圖，其中膽甾型液晶層2布置在兩個線性偏振片3之間。每個偏振片可包含可涂布偏振材料或者甚至是商業(yè)可用偏振片。在該示例性實施方式中，偏振片3布置為使得一個偏振片相對于另一個偏振片交叉定向。這種配置有效地產(chǎn)生帶通濾光片，其能夠?qū)⑷肷涞狡渖系墓廪D(zhuǎn)換成具有在波長λ =ηρ附近的窄波長帶的線性偏振光，其中ρ為手性液晶分子的螺距，且η為膽甾型液晶材料的平均折射率。圖2a示意性地示出了具有示例性波長光譜的入射光5，即光的強度I作為光波長 λ的函數(shù)(如圖2a左側(cè)所示)，及已經(jīng)穿過包含兩個偏振片3以及膽留型液晶材料的層2 的帶通濾光片的出射光6，該兩個偏振片相互交叉定向布置，出射光6具有如圖2a右側(cè)所示的包括窄波長帶的波長光譜。圖2b是示出根據(jù)另一示例性實施方式的本發(fā)明工作原理的側(cè)視示意圖，其中兩個膽留型液晶層2a及2b布置在圓偏振片11上。在圖2b中，具有寬帶反射特性及相同圓偏振方向的兩個不同的層2a及2b，連同寬帶圓偏振片11 一起，一個布置在另一個之上。在圖2b中，由“2a”、“2b”、“2a+2b”及“2a+2b+ll”標示的示例性圖示意性地示出了兩個膽甾型濾光片各自的透射特性(波長光譜)，以及當兩個膽留型濾光片相組合、兩個膽留型濾光片與圓偏振片11相組合時的透射特性(波長光譜)。圖2c是示出根據(jù)又一示例性實施方式的本發(fā)明工作原理的側(cè)視示意圖，其中四個膽留型液晶層2C(l)、2d(l)、2C(r)及2d(r) —個布置在另一個之上。由2c(l)、2d(l) 標示的具有寬帶反射特性和左旋圓偏振方向的層布置在具有寬帶反射特性和右旋圓偏振方向的層 2c(r),2d(r)之上。與圖 2b 類似，由 “2c (1) ”、“2d(l) ”、“2c (r) ”、“2d(r) ”、 “2c (1) +2d (1)，，、“2c (r) +2d (r)，，及“2c (1) +2d (1) +2c (r) +2d (r)，，標示的示例性圖示意性地示出了膽留型濾光片各自的透射特性以及當這些濾光片中的一些濾光片相組合或者所有濾光片相組合時的透射特性。由圖2b及圖2c示出的實施方式為示例性的，舉例來說，對于膽留型液晶層的數(shù)目分別不限于2個和4個。實際上，可采用任何數(shù)目的膽留型液晶層，結(jié)合針對每個膽留型液晶層的反射/透射和/或偏振特性的合適選擇。圖2d是示出根據(jù)另一示例性實施方式的本發(fā)明工作原理的側(cè)視示意圖，其中在反射模式中使用膽留型液晶層2。在這種情況下，吸收層或者吸收片12可布置在膽留型液晶層2的一面上，可選地或者替代地，減反射層或者減反射覆蓋層13可布置在膽留型液晶層2的相對一面上。通過這種配置，只有一個偏振方向?qū)⒈环瓷?。為了獲得增強的反射，可使用兩個膽留型液晶層，一個反射左旋且另一個反射右旋偏振方向。替代地，如圖2e所示，可使用兩個反射相同圓偏振方向的膽留型液晶層14a 及14b，結(jié)合布置在兩個膽留型液晶層14a及14b之間的半波長延遲層15。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，光譜檢測器1包含至少一個操作上耦合于至少一個膽甾型液晶層的切換裝置，該切換裝置能夠改變膽留型液晶的反射帶的位置和/或反射帶的幅度。在圖1所示出的本發(fā)明的示例性實施方式中，該切換裝置包含兩個透明電極4，膽甾型液晶層2夾在電極4之間，電極4對于可見光(除其他以外)透明。該電極的優(yōu)選示例為銦錫氧化物薄層。如本領(lǐng)域已知，這種銦錫氧化物電極光學(xué)上透明且電學(xué)上導(dǎo)電。借助電極4可在膽留型液晶2上施加電場，從而或者引起反射帶的位置的可逆改變和/或引起膽甾型液晶的反射帶幅度的改變。又一可能是在不同光學(xué)狀態(tài)之間切換，例如通過優(yōu)選地使用如圖1所示的電極在膽留型液晶層2上施加顯著不同的電壓，而在針對電磁頻譜的一部分(例如，可見光的基本整個波長帶)完全透射和完全反射之間切換。另一替代方法 將是采用膽留液晶材料的電介質(zhì)加熱或電阻加熱。舉例來說，通過在膽留液晶材料上施加高頻電場，該材料由于電介質(zhì)損耗而被加熱。以同樣的方式，通過施加經(jīng)由電極的電壓，可引起電極的電阻加熱。因此，通過使用電阻加熱和/或電介質(zhì)加熱， 可以引起在膽留型液晶材料2中的手性分子的螺距的逐漸改變。換言之，有可能以逐漸且可靠的方式控制膽留型液晶的反射波長帶的位置和/或其反射/透射幅度，而連續(xù)掃過電磁頻譜。也可通過使用如圖1所示的電極可控制地在膽留型液晶2上施加電壓來獲得這種控制。為便于解釋本發(fā)明的目的，圖1省略了用于將電極4耦合到電源或者類似元件 (未示出)的布線、電路等。根據(jù)本發(fā)明進一步的示例性實施方式，切換裝置使得能夠在膽留型液晶材料上施加剪切力、磁場和/或壓力，以引起膽留型液晶材料中手性分子螺距的幅度和/或方向變化，以便改變膽留型液晶材料的波長反射帶的位置。螺距的方向指的是膽留型液晶材料的螺旋軸的總體方向。圖3為示出本發(fā)明的一種示例性實施方式工作原理的示意圖。在該圖中，針對若干溫度T示出了膽甾型液晶濾光片(舉例來說，如在圖2a_圖2e中所示的)的透射/反射特性。另外，圖中示意性地示出了透射波長帶怎樣隨著溫度的升高而向較長波長λ偏移。 圖中的曲線是以溫度從左向右升高的順序示出的。因此，在圖3標示的最低溫度處，透射/ 反射波長帶以大約Xb*中心，即藍色可見光的波長(約0.47 μ m)，隨著溫度的升高，接著是分別以大約λ g(綠色可見光，約0.50 μ m)、Ay(黃色可見光，約0. 58μπι)、λ0(橙色可見光，約0.60 μ m)以及λΓ(紅色可見光，約0. 70μπι)為中心的透射波長帶。以下描述包含在根據(jù)本發(fā)明第一方面或其實施方式的光譜檢測器中包括的膽甾液晶層的不同示例性布置。如上已經(jīng)提到的，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，可能在不同光學(xué)狀態(tài)之間切換膽留型光學(xué)濾光片，例如，在針對電磁頻譜的一部分(例如，可見光的基本上整個的波長帶)基本上完全透射和基本上完全反射之間切換。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式，例如，將多個膽留型液晶層布置為堆疊，即一層在另一層之上，其中優(yōu)選地，通過在每個層上施加電場(優(yōu)選地獨立于其他層)，根據(jù)上述描述每個層能夠在不同光學(xué)狀態(tài)之間切換。另外，每個膽留型液晶層一般具有與其他層不同的透射特性(例如，透射波長帶的位置)。通過使用這種膽留型液晶層的組合，每個層可單獨在不同光學(xué)狀態(tài)間切換且具有特定透射特性，可通過在開和關(guān)之間切換一個或多個膽甾型液晶層來控制包括多個膽甾型液晶層的整個設(shè)備的光的反射波長帶，如圖4a_圖4d 示意性所示。在圖4a_圖4d中，圖左側(cè)示出膽留型液晶層堆疊，在該特定示例性實施方式中，膽甾型液晶層堆疊包含4個在圖4a-圖4d中由字母“a”、“b”、“C”及“d”標示的膽甾型液晶層，其中這些層處在打開或者關(guān)閉的變化狀態(tài)之中，該狀態(tài)由文字“開”或者“關(guān)”標示。對于圖4a_圖4d中的四個示例性情況，在各個圖右側(cè)示出了透射通過所述堆疊的光的示例性波長光譜。在圖4a-圖4d示出的實施方式的上下文中，考慮光是從在圖4a_圖4d所示的堆疊的最長的一面入射到所述堆疊上，即從層堆疊的頂部到底部。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，膽留型液晶層相互鄰近布置，優(yōu)選地，以形成一個層的方式布置，其中由此形成的層中的每個單獨層具有相對于至少一個其他層不同的光譜響應(yīng)。這樣，可使膽留型光學(xué)濾光片的透射波長帶隨著在膽留型光學(xué)濾光片上的位置而改變。 整個由此形成的層或者每個單獨層均可被配置成可在不同光學(xué)狀態(tài)之間切換。 圖5為本發(fā)明又一實施方式的側(cè)視示意圖，其中根據(jù)所示的本發(fā)明示例性實施方式的光譜檢測器1包含由數(shù)字8表示的光電檢測器陣列或者光電傳感器陣列，該光電檢測器陣列8能夠感測電磁輻射(優(yōu)選地包含可見光)。圖5中的光譜檢測器1進一步包含兩個相互交叉定向布置的偏振片3，膽留型液晶層2夾在其間；以及被區(qū)段化以包含多個部分的光方向選擇層7，其中該多個部分配置為使得至少一個部分布置為使得該部分能夠選擇入射到光譜檢測器1上的與光方向選擇層7的其他部分相比具有不同方向的光。舉例來說， 光方向選擇層可能包含一個或多個吸收準直器、棱鏡等。一般來講，每個部分能夠選擇入射到光譜檢測器1上的與光方向選擇層7的其他部分相比具有不同方向的光。光電檢測器陣列的像素(未示出)可與光方向選擇層7的區(qū)段或者部分相對齊，使得像素可與具有不同入射角度的光方向相關(guān)聯(lián)。換言之，光電檢測器允許將光譜信息作為入射角度的函數(shù)而獲得。這樣，能夠進行光譜的方向掃描。優(yōu)選地，光電檢測器陣列8包含光電二極管陣列、電荷耦合設(shè)備(CCD)及光電晶體管陣列中的一個或多個。然而，光電檢測器陣列并不限于這些選擇，實際上，任何能夠使用以實現(xiàn)本發(fā)明的第一方面或者其實施方式的功能的光電檢測器陣列均被認為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，為便于解釋本發(fā)明的目的，圖5省略了用于將光電檢測器陣列耦合到處理單元、控制單元及分析設(shè)備等(未示出)的布線、電路等。如這里描述的布置在光電檢測器陣列上的膽留型光學(xué)濾光片配置呈現(xiàn)為分層結(jié)構(gòu)。然而，其也可能為其他配置，包括但是不限于彎曲光學(xué)濾光片或者具有至少兩個面的光學(xué)濾光片。圖6a及圖6b是示出了本發(fā)明示例性實施方式的示意圖。發(fā)光系統(tǒng)16包括光模塊18，光模塊18根據(jù)該特定實施方式配置為面板且其包括若干光源19 (如發(fā)光二極管)， 及根據(jù)本發(fā)明第一方面或者其實施方式的光譜檢測器1。發(fā)光系統(tǒng)16進一步包含控制單元17，其可布置在發(fā)光系統(tǒng)16內(nèi)部(優(yōu)選地，與所述發(fā)光系統(tǒng)16集成)，或者布置成通過連接器20 (例如，連接線)連接到發(fā)光系統(tǒng)16的外部設(shè)備。還可考慮連接器20能夠包含用于在控制單元17與發(fā)光系統(tǒng)16之間進行無線通信的無線通信鏈路。發(fā)光系統(tǒng)16根據(jù)光模塊18的一個或者多個參數(shù)或者特性操作。優(yōu)選地，所述一個或多個參數(shù)為由光源19發(fā)射的光的色點及顯色指數(shù)中的一個或多個。為控制光模塊18， 控制單元17適用于使用光譜檢測器1執(zhí)行至少一個測量，及在這樣執(zhí)行的測量的基礎(chǔ)上， 控制光模塊18的至少一個參數(shù)。因此，通過采用由光譜檢測器1執(zhí)行的測量，發(fā)光系統(tǒng)16允許以簡單、可靠的方式控制支配發(fā)光系統(tǒng)的操作或者照明特性的參數(shù)。光譜檢測器1可位于光模塊18之內(nèi)，或者在發(fā)光系統(tǒng)16內(nèi)的其他各處(如圖 6a-圖6b所示出的)，但是光譜檢測器1還可以位于發(fā)光系統(tǒng)16之外，其作為通過連接器 (例如連接線)連接到發(fā)光系統(tǒng)16的外部設(shè)備(未示出)。到發(fā)光系統(tǒng)的連接也能夠是遠程連接，例如通過IR通信等。也可能在光源環(huán)境中采用多個光模塊。雖然已經(jīng)參照其特定實施方式對本發(fā)明進行了描述，但是對本領(lǐng) 域技術(shù)人員來說，許多不同的變更、修改等將會變得清楚。所描述的實施方式并非為了限制如由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍。另外，在權(quán)利要求中，“一個”并不排除多個的可能性。同時，權(quán)利要求中的任何附圖標記都不應(yīng)當被解釋為對本發(fā)明范圍的限制?？傊?，本發(fā)明涉及用于測量電磁頻譜部分上的光特性的光譜檢測器，所述光譜檢測器包含膽留型液晶材料和切換裝置，所述切換裝置能夠改變膽留型液晶材料的螺距，使得響應(yīng)于所述切換裝置而調(diào)整所述透射波長帶的位置。光譜檢測器能夠進一步包含至少一個光方向選擇結(jié)構(gòu)，用于選擇入射到光譜檢測器上具有一定入射角度的光。本發(fā)明還涉及包含本發(fā)明的光譜檢測器的發(fā)光系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種光譜檢測器(1)，包括:至少一個包含膽留型液晶混合物的層O)；操作上耦合于所述層中的至少一個層的至少一個切換裝置G)，用于改變包含在層中的膽留型液晶混合物中的手性組分的螺距；以及光電檢測器陣列(8)，其耦合到所述層中的至少一個層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜檢測器，其中在操作上耦合于所述至少一個切換裝置的所述至少一個膽留型液晶層中的膽留型液晶混合物為下列中的之一或更多熱致變色的；光致變色的；以及當在所述至少一個層上施加電場時，對可見光光譜的至少一部分透明。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜檢測器，其中在操作上耦合于所述至少一個切換裝置的所述至少一個膽留型液晶層中的膽留型液晶混合物根據(jù)下列中的之一或更多來配置所述層的反射帶的位置可變；以及所述層的反射帶的幅度可變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜檢測器，其中所述至少一個切換裝置適用于下列中的之一或更多加熱膽留型液晶層；以及在膽留型液晶層上施加電場。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜檢測器，其中耦合到所述至少一個切換裝置的所述至少一個膽甾型液晶層布置為，使得所述膽留型液晶層的至少一部分中的膽留型液晶混合物的螺距不同于所述膽留型液晶層的其他部分中的膽留型液晶混合物的螺距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜檢測器，其進一步包括光方向選擇層(7)，其中所述光方向選擇層包含多個部分，所述多個部分配置為使得至少一個部分布置為使得其能夠選擇入射到光譜檢測器上的、與所述光方向選擇層的其他部分相比具有不同方向的光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜檢測器，其進一步包括至少兩個偏振片，其中所述偏振片布置為使得包含膽留型液晶混合物的至少一個層布置在至少兩個所述偏振片之間，以及使得至少一個所述偏振片相對于其他偏振片中的至少一個具有交叉定向。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜檢測器，其進一步包括至少一個圓偏振片(11)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜檢測器，其進一步包括至少一個吸收層(12)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜檢測器，其進一步包括至少一個減反射層(13)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜檢測器，其進一步包括至少一個相位延遲層(15)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜檢測器，其包含多個層(2a,2b;2c(l)、2d(l)、2c(r)、 2d(r))，每個層包含膽留型液晶混合物，所述多個層層相互鄰近布置以形成組合層，其中每個所述層與反射波長特性及偏振特性相關(guān)聯(lián)，且其中所述組合層布置為使得透射通過所述組合層的光獨立于入射到所述組合層上的光的偏振。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜檢測器，其中所述至少一個切換裝置能夠改變包含在所述層中的膽留型液晶混合物中的手性組分的螺距的幅度及方向中的之一或更多。
14.一種發(fā)光系統(tǒng)(16)，包括:控制單元(17)；至少一個光模塊(18)，其包括至少一個光源(19)，其中所述至少一個光模塊根據(jù)多個參數(shù)操作；以及根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項的光譜檢測器(1)；其中所述控制單元適用于使用所述光譜檢測器執(zhí)行至少一個測量；以及基于所述至少一個測量控制所述至少一個光模塊的至少一個參數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的發(fā)光系統(tǒng)，其中所述參數(shù)是下列中的之一或更多由所述光源發(fā)射的光的色點；以及由所述光源發(fā)射的光的顯色指數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測量電磁頻譜部分上的光特性的光譜檢測器，所述光譜檢測器包含膽甾型液晶材料和切換裝置，所述切換裝置能夠改變膽甾型液晶材料的螺距，使得響應(yīng)于所述切換裝置而調(diào)整所述透射波長帶的位置。光譜檢測器可進一步包含至少一個光方向選擇結(jié)構(gòu)，用于選擇入射到光譜檢測器上的具有一定入射角度的光。本發(fā)明還涉及包括本發(fā)明的光譜檢測器的發(fā)光系統(tǒng)。
文檔編號G01J3/28GK102171544SQ200980139151
公開日2011年8月31日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月2日
發(fā)明者E·J·梅杰爾, R·A·M·?？嗣诽? T·范伯梅爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司