光照可控薄膜的制作方法
【专利摘要】本文中提供的一些实施方式涉及用于电磁辐射的滤波器。本文中提供的一些实施方式涉及至少一种光学特性可以改变的光可调化合物。本文中的一些实施方式涉及调制电磁辐射的波长的方法。
【专利说明】光照可控薄膜
【技术领域】
[0001] 本文中的实施方式主要涉及用于控制电磁辐射的特性的薄膜。
【背景技术】
[0002] 对于消费者而言已有许多种照明技术。基于发光二极管（"LED"）的照明正成为 较常用的光源。
【发明内容】
[0003] 在一些实施方式中，提供一种滤光器。该滤光器可以包括基板和在该基板上的至 少一种折射率可变化合物。该折射率可变化合物具有第一光学特性，该第一光学特性通过 第一光致结构修改而变为第二光学特性。
[0004] 在一些实施方式中，提供一种光照装置。该装置可以包括光可调化合物。该光可 调化合物具有第一光学特性，该第一光学特性通过光致结构修改而变为第二光学特性。该 装置可以进一步包括电磁辐射源，该电磁辐射源被设置为向该光可调化合物提供光。
[0005] 在一些实施方式中，提供一种调制可见波长辐射的至少一种波长的方法。该方法 可以包括通过用至少一种波长的紫外线辐射照射光可调化合物来控制该光可调化合物在 可见光第一波长的光学性质。该光可调化合物位于基板的顶部，并且该基板对于紫外线辐 射和可见光是基本透明的。
[0006] 在一些实施方式中，提供一种可见波长光调制器。该可见波长光调制器可以包括 对于在至少一个入射方向行进的电磁辐射基本透明的基板。该可见波长光调制器也可以包 括共价键合于该基板的表面的至少一种折射率可变分子。
[0007] 前述
【发明内容】
仅为说明性的，并非意图以任何方式进行限制。除上述说明性的方 面、实施方式和特征之外，通过参照附图和以下【具体实施方式】，其他方面、实施方式和特征 将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1A是说明构造为散射光的滤光器的一些实施方式的图。
[0009] 图1B是说明构造为反射光的滤光器的一些实施方式的图。
[0010] 图2A是说明反式异构体至顺式异构体的转换的一些实施方式的图。
[0011] 图2B是说明反式异构体至顺式异构体的转换的一些实施方式的图。
[0012] 图3A和图3B是说明滤光器的一种实施方式的一些实施方式的图。
[0013] 图4是说明调制可见波长辐射的至少一种波长的方法的流程图。
[0014] 图5是说明将折射率可变分子连接到基板的硅烷化表面的一些实施方式的图。
[0015] 图6A是说明形成于液晶层中的散射域直径和线性透射率变化的估计值的曲线 图。该曲线图中的值表示形成于薄膜中的域的体积分数。波长：589nm。
[0016] 图6B是说明在各波长由于在液晶相中引入域所产生的线性透射率变化的估计值 的曲线图。该曲线图中的值表示形成于薄膜中的域的直径。
[0017] 图7A是说明通过调整液晶（"LC"）分子层的取向产生的反射率变化的估计值的 曲线图。在用光照射LC层前后的折射率变化：从1.70至1.60。基板的折射率：1. 5。
[0018] 图7B是说明通过调整液晶分子层的取向产生的反射率变化的估计值的曲线图。 在用光照射LC层前后的折射率变化：从1. 70至1. 60,基板的折射率：1. 6。
【具体实施方式】
[0019] 在以下【具体实施方式】中参照了附图，所述附图构成本发明的一部分。在附图中，类 似的符号通常指示相似的部件，除非上下文另外指明。【具体实施方式】、附图和权利要求中描 述的说明性实施方式并不意味着是限制性的。可以采用其他的实施方式，并且可以作出其 他变化，而不脱离本文所提出的主题的精神或范围。将可轻易了解的是，如本文中一般性描 述的和附图中所说明的本公开内容的各方面，可以以各种各样不同的构造来安排、取代、组 合、分离和设计，所有这些都属于本文所明确构思的。
[0020] 虽然现代照明系统可以具有许多优点，如相对较小的尺寸和/或低能耗，但较小 的尺寸可能意味着较低的光强度。此外，较小的尺寸可能有问题，问题在于其使自身成为点 光源，而点光源在某些情况下是不舒适和/或不理想的。如本文所概述的，已认识到在光源 (包括例如来自LED的点光源）前面提供光照可控薄膜的能力可以允许重定向、控制和/或 一般性调制一个或多个点光源，以创造更理想的照明体验。本文所提供的光照可控薄膜包 括折射率可变化合物，该化合物可以以至少两种不同状态存在，且每种状态具有不同的光 学性质。通过控制折射率可变化合物的状态，可以控制薄膜本身的光学性质，并从而调制来 自光源的光。此外，本文中所提供的折射率可变化合物的状态可以通过波长的电磁能量来 控制，所述波长可以不同于被调制的光的波长。例如，在一些实施方式中，折射率可变化合 物处于第一状态，该第一状态允许可见光在无明显调制下通过该薄膜。然后该折射率可变 化合物被暴露于紫外（UV)光，从而改变折射率可变化合物的状态（例如通过改变其构型）， 这改变了分子相对于可见光的光学性质，使得该薄膜之后将可充当可见光的滤波器，于是 以所需的方式调制可见光。因此，在一些实施方式中，提供一种层或薄膜，该层或薄膜可以 以状态相关的方式选择性地过滤或不过滤可见光，并且该层或薄膜中的分子状态可以通过 紫外光来控制。本文中提供了滤光器、组合物、套件以及关于这些方面的使用方法。
[0021] 在一些实施方式中，提供滤光器。该滤光器可以包括基板。该滤光器可以包括在 该基板上的至少一种折射率可变化合物。在一些实施方式中，该至少一种折射率可变化合 物具有第一光学特性，该第一光学特性通过第一光致结构修改而变为第二光学特性。在一 些实施方式中，该第二光学特性可以通过第二光致结构修改而变为该第一光学特性。
[0022] 图1A示出的是构造为散射光的滤光器100的一些实施方式。图1B示出的是构造 为反射光的滤光器105的一些实施方式。
[0023]如图1A所示，在一些实施方式中，构造为散射光的滤波器100可以包括基板110。 在一些实施方式中，该滤波器可以在基板上包括折射率可变化合物120。在一些实施方式 中，该折射率可变化合物120可以处于第一构型121，如基本各向异性的构型。在一些实施 方式中，该折射率可变化合物120可以相对于该基板垂直取向。在一些实施方式中，该光由 光照源130所提供。
[0024] 在一些实施方式中，该滤波器可以包括可选的第一层140,其设置为使得折射率可 变化合物120介于基板110和第一层140之间。
[0025] 在一些实施方式中，当折射率可变化合物暴露于紫外线照射150时，其将使该折 射率可变化合物转变至第二构型160,如基本各向同性的构型。在一些实施方式中，当光 163透射通过基板110时，该光被基本各向同性的折射率可变化合物160散射165。在转变 之后，相对于当折射率可变化合物基本处于先前状态120 (例如，各向异性的）时透射通过 滤波器127的光量，较少的光167透射通过滤波器100。在一些实施方式中，可以通过可见 光或热169将基本各向同性的折射率可变化合物160转化回基本各向同性的构型120。
[0026] 本文中也构思了其他层和/或变化。例如，图1B提供了构造为反射光的滤波器 105的一些实施方式。构造为反射光的滤波器105可以包括基板110。该滤波器可以在基 板110上包括折射率可变化合物170。在一些实施方式中，折射率可变化合物170可以处 于第一状态171 (例如，基本各向异性的构型）。在一些实施方式中，折射率可变化合物170 可以相对于该基板水平取向。初始量的光173透射通过基板110和通过折射率可变化合物 170,然后可以作为出射光177离开滤波器。在一些实施方式中，可以由光照源130提供光。 在一些实施方式中，该装置可以包括高折射率层180,其设置为使得折射率可变化合物170 介于基板110和高折射率层180之间。当折射率可变化合物170暴露于紫外线照射150时， 紫外线照射150将该折射率可变化合物转化至第二状态190 (例如，基本各向同性的构型）。 在一些实施方式中，当初始量的光193之后透射通过基板110并进入折射率可变化合物中 时，该光在折射率可变化合物190与高折射率层180的界面处被反射195。因此，相对于当 折射率可变化合物处于该第一状态（例如，基本各向异性）时透射通过滤波器的光177的 量，较少的光197透射通过该滤波器。在一些实施方式中，基本各向同性的折射率可变化合 物190可以通过可见光或热169而转化回基本各向同性的构型。
[0027] 在一些实施方式中，该滤光器可以包括基板和在该基板上的至少一种折射率可变 化合物。在一些实施方式中，该折射率可变化合物可以在基本各向异性和基本各向同性之 间转变。在一些实施方式中，该折射率可变化合物包括从反式至顺式异构化的分子。该化 合物在反式下可以为基本各向异性的，并且在顺式下是基本各向同性的。在一些实施方式 中，该化合物的取向可以影响该化合物对于至少一个入射方向的光的光学性质。在一些实 施方式中，例如在基本各向异性的化合物基本平行于光入射方向取向的情况下，当该化合 物变成基本各向同性时折射率增加。在一些实施方式中，例如在化合物基本垂直于光入射 方向取向的情况下，当该化合物变成基本各向同性时折射率降低。
[0028] 在一些实施方式中，滤光器被构造为散射光。在一些实施方式中，当该滤光器被构 造为散射光时，光透射通过基板，并且被顺式的折射率可变化合物散射。
[0029] 在一些实施方式中，该滤光器被构造为反射光。在一些实施方式中，当该滤光器 被构造为反射光时，该滤波器进一步包括高折射率层（例如，如以上图1B中所示）。在一 些实施方式中，该高折射率层设置为使得该折射率可变化合物位于该高折射率层和光源之 间。这将使光在处于基本各向同性的构型的折射率可变化合物与高折射率层之间的界面被 反射。
[0030] 可以将各种基板中的任一种用于本文所提供的各种实施方式。在一些实施方式 中，该基板对于例如可见光波长是基本透明的。在一些实施方式中，该基板对于具有紫外光 和可见光的电磁辐射为至少约60%透明的。
[0031] 在一些实施方式中，该基板对于在至少一个入射方向上（例如基本垂直于基板表 面）行进的电磁辐射是基本透明的。在一些实施方式中，该基板为固体。在一些实施方式 中，该基板为基本刚性的。在一些实施方式中，该基板是柔性的。在一些实施方式中，该基 板包括聚合物。在一些实施方式中，该基板为玻璃。
[0032] 在一些实施方式中，该基板具有至少约10微米的厚度，例如约10微米?1，000微 米，包括所列值中任何二个之间的范围。
[0033] 在一些实施方式中，该基板的折射率小于或等于该折射率可变化合物的折射率。 在一些实施方式中，该基板的折射率大于或等于1. 4,例如约1. 4?1. 7。
[0034] 在一些实施方式中，该基板的至少一个表面被硅烷化，如本文中所述。
[0035] 在一些实施方式中，该折射率化合物可以具有第一光学特性，该第一光学特性通 过第一光致结构修改和/或变化而变为第二光学特性。该光学特性可以包括各向异性、各 向同性和/或折射率中的至少一种。该结构修改可以包括例如通过光致异构化的在顺式构 型和反式构型之间的转化。
[0036] 图2示出的是折射率可变化合物的一些实施方式。图2A的左侧示出的是处于反 式构型200的偶氮苯。在一些实施方式中，偶氮苯转化为顺式构型210 (右侧）。在一些实 施方式中，偶氮苯从顺式构型210转化为反式构型200。图2B示出的是处于反式构型220 的芪的一些实施方式。在暴露于紫外线辐射后，芪部分异构化为顺式构型230。在一些实 施方式中，偶氮苯可以从顺式构型230转化为反式构型220 (例如在暴露于可见光或热250 时）。在一些实施方式中，结构修改是从顺式至反式异构体的转变。在一些实施方式中，结 构修改是从反式至顺式异构体的转变。
[0037] 在一些实施方式中，该折射率可变化合物可以是进行光致异构化的任何分子。在 一些实施方式中，该化合物也将具有在其第一构型的第一光学特性和在其第二构型的第二 光学特性。
[0038] 在一些实施方式中，该折射率可变化合物包括9-去甲基视黄醛、9-去甲基视黄醛 衍生物、偶氮苯、偶氮苯衍生物、芪或芪衍生物中的至少一种。在一些实施方式中，该化合物 包括选自式1或式2之一的分子。
【权利要求】
1. 一种滤光器，其包含： 基板；和 在所述基板上的至少一种折射率可变化合物，其中，所述至少一种折射率可变化合物 具有第一光学特性，所述第一光学特性通过第一光致结构修改而变为第二光学特性。
2. 如权利要求1所述的滤光器，其中，所述第一光学特性为对电磁辐射的第一折射率， 所述第二光学特性为对电磁辐射的第二折射率。
3. 如权利要求2所述的滤光器，其中，所述第一折射率低于所述第二折射率。
4. 如权利要求3所述的滤光器，其中，当所述至少一种折射率可变化合物为基本各向 异性时，所述化合物相对于所述基板基本垂直设置。
5. 如权利要求3所述的滤光器，其中，当所述至少一种折射率可变化合物为基本各向 异性时，所述化合物相对于所述基板基本水平设置。
6. 如权利要求2所述的滤光器，所述滤光器还包含高折射率层，其中，所述至少一种折 射率可变化合物位于所述基板与所述高折射率层之间，其中所述第二折射率小于所述第一 折射率，其中所述高折射率层的折射率大于所述第一折射率并且大于所述第二折射率，并 且所述基板的折射率小于所述第一折射率并且小于或等于所述第二折射率。
7. 如权利要求4所述的滤光器，其中，所述基板的折射率基本等于第一层对可见电磁 辐射的折射率。
8. 如权利要求1所述的滤光器，其中，所述第一光学特性为第一水平的光学各向异性， 所述第二光学特性为第二水平的光学各向异性。
9. 如权利要求1所述的滤光器，其中，所述光致结构修改包含所述至少一种折射率可 变化合物的至少一个分子从反式至顺式的异构化。
10. 如权利要求1所述的滤光器，其中，所述至少一种折射率可变化合物包含分子，并 且所述光致结构修改包含所述至少一种折射率可变化合物的至少30 %的分子从反式至顺 式的异构化。
11. 如权利要求1所述的滤光器，其中，所述光致结构修改由紫外线电磁辐射所引发。
12. 如权利要求1所述的滤光器，其中，所述至少一种折射率可变化合物包含以下化合 物中的至少一种：9_去甲基视黄醛、9-去甲基视黄醛的衍生物、偶氮苯、偶氮苯衍生物、芪、 芪衍生物、式I化合物或式II化合物，
其中，R1和R2可以各自独立地选自以下中的至少一种的组：氢、烷基、烷氧基、羟基、羟 基烧基、氛基和娃烧醇基。
13.如权利要求1所述的滤光器，其中，所述第二光学特性能够通过第二光致结构修改 或热结构修改而被恢复至所述第一光学特性。
14. 一种光照装置，其包含： 光可调化合物，其中，所述光可调化合物具有第一光学特性，所述第一光学特性通过光 致结构修改而变为第二光学特性；和 电磁辐射源，所述电磁辐射源被设置为向所述光可调化合物提供光。
15.如权利要求14所述的光照装置，其中，所述电磁辐射源为发光二极管。
16. -种调制可见波长辐射的至少一种波长的方法，所述方法包括： 通过用至少一种波长的紫外线辐射照射光可调化合物，而控制所述光可调化合物在可 见光第一波长的光学性质， 其中，所述光可调化合物位于基板的顶部，并且 所述基板对于紫外线辐射和可见光是基本透明的。
17.如权利要求16所述的方法，其中，照射所述光可调化合物包括提供紫外线辐射。
18.如权利要求16所述的方法，其中，照射所述光可调化合物包括提供红外线辐射。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述光可调化合物的光学性质包括折射率。
20.如权利要求16所述的方法，其中，所述光可调化合物的光学性质包括各向异性。
21.如权利要求16所述的方法，其中，所述光可调化合物包含折射率可变化合物。
22. 如权利要求21所述的方法，其中，所述折射率可变化合物包含以下化合物中的至 少一种：偶氮苯、偶氮苯衍生物、芪和芪衍生物。
23.如权利要求16所述的方法，其中，所述光可调化合物覆盖所述基板的至少一个表 面。
24.如权利要求16所述的方法，其中，所述光可调化合物内嵌于所述基板中。
25.如权利要求16所述的方法，其中，所述光可调化合物设置于所述基板与高折射率 层之间。
26.如权利要求16所述的方法，其中，控制所述光可调化合物的光学性质包括通过所 述光可调化合物调整散射。
27.如权利要求16所述的方法，其中，控制所述光可调化合物的光学性质包括通过所 述光可调化合物调整反射。
28.如权利要求16所述的方法，其中，第一照射将所述光学性质从第一状态调整为第 二状态，并且第二照射将所述光学性质从所述第二状态调整为所述第一状态。
29. -种可见波长光调制器，其包含： 基板，其中，所述基板对于在至少一个入射方向行进的电磁辐射为基本透明的；和 共价键合于所述基板的表面的至少一种折射率可变分子。
30.如权利要求29所述的可见波长光调制器，其中，所述至少一种折射率可变分子包 括折射率可变分子层，并且所述层覆盖所述基板的至少一部分。
31.如权利要求30所述的可见波长光调制器，其中，所述层中至少30%的折射率可变 分子处于反式构型。
32.如权利要求30所述的可见波长光调制器，其中，所述层中至少80%的折射率可变 分子处于反式构型。
33. 如权利要求30所述的可见波长光调制器，其中，所述层中至少95%的折射率可变 分子处于反式构型。
34. 如权利要求30所述的可见波长光调制器，其中，所述层的厚度为约0. 1微米?约 500微米。
35. 如权利要求29所述的可见波长光调制器，其中，所述折射率可变分子相对于所述 表面基本垂直地取向。
36. 如权利要求29所述的可见波长光调制器，其中，所述折射率可变分子相对于所述 表面基本水平地取向。
37. 如权利要求29所述的可见波长光调制器，其中，所述基板的表面被硅烷化。
38. 如权利要求29所述的可见波长光调制器，其中，所述折射率可变分子包含向列型 晶体。
39. 如权利要求29所述的可见波长光调制器，其中，所述基板为发光二极管的表面。
【文档编号】G02B5/23GK104412135SQ201280074314
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2012年6月27日 优先权日:2012年6月27日
【发明者】福井俊巳 申请人:英派尔科技开发有限公司