CN104412135B

CN104412135B - 光照可控薄膜

Info

Publication number: CN104412135B
Application number: CN201280074314.5A
Authority: CN
Inventors: 福井俊巳
Original assignee: Empire Technology Development LLC
Current assignee: Empire Technology Development LLC
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2018-04-20
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: TWI586921B; CN104412135A; TW201405072A; WO2014003733A1; US20140002879A1

Abstract

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。

Description

光照可控薄膜

技术领域

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

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

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

图1A是说明构造为散射光的滤光器的一些实施方式的图。

图1B是说明构造为反射光的滤光器的一些实施方式的图。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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的茋的一些实施方式。在暴露于紫外线辐射后，茋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。

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。

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、茋或茋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。

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、羟烷基、氰基和硅烷醇。在一些实施方式中，该折射率可变化合物包括两种以上本文所列的分子。在一些实施方式中，式1和/或式2的R¹和R²皆为氢。在一些实施方式中，式2的R¹包括两个羟基，并且R²包括单个羟基。例如，在一些实施方式中，R¹和R²为C_nH_2n+1(1＝<n＝<8，C₅H₁₁、C₄H₉等)、C_nH_2n+1O(其中1＝<n＝<8，CH₃O等)或CN。

在一些实施方式中，该折射率可变化合物可以包括式3化合物或式4化合物：

其中，R¹和R²可以独立地选自以下中的至少一种的组：氢、烷基(例如C₅H₁₁、C₄H₉等)、羟基、羟烷基(例如OCH₃)、氰基和硅烷醇。在一些实施方式中，该化合物可以是式5和/或式6化合物。

在一些实施方式中，该折射率可变化合物为向列型晶体或向列型晶体的一部分。

在一些实施方式中，可以将另外的分子与该折射率可变化合物组合和/或混合。例如，可以添加促进散射中心形成的分子，如式7和/或式8的分子。

其中，R⁴和R³可以独立地选自以下中的至少一种的组：氢、烷基、烷氧基、羟基、羟烷基、氰基和硅烷醇基。例如，R³和R⁴为C_nH_2n+1(1＝<n＝<8，C₅H₁₁、C₄H₉等)、C_nH_2n+1O(1＝<n＝<8，CH₃O等)或CN。

在一些实施方式中，该折射率可变化合物与该基板接触。在一些实施方式中，该折射率可变化合物散布于该基板的表面上。在一些实施方式中，该折射率可变化合物部分地内嵌于该基板中。在一些实施方式中，该折射率可变化合物共价地键合于该基板。在一些实施方式中，该折射率可变化合物共价地键合于至少一个硅分子，如在该基板的硅烷化表面上。在一些实施方式中，该折射率可变化合物覆盖基板的至少约30％的表面，例如30％～100％的表面。

在一些实施方式中，该折射率可变化合物在该基板上形成层。在一些实施方式中，该折射率可变化合物层为至少约10纳米厚，例如约10纳米～20,000纳米，包括所列值中任何二个之间的范围。

在一些实施方式中，例如当该折射率可变化合物相对于该基板垂直设置时，该化合物层为约100nm～约500,000nm厚。

在一些实施方式中，例如当该折射率可变化合物相对于该基板水平设置时，该化合物层为约20nm～约1,000nm厚。

在一些实施方式中，该折射率可变化合物具有第一光学特性，第一光学特性可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，第二光学特性可以通过第二光致结构修改而恢复为第一光学特性。在一些实施方式中，第一光学特性包括第一水平的各向异性。在一些实施方式中，第二光学特性包括第二水平的各向异性。在一些实施方式中，第一光学特性包括基本各向异性，而第二光学特性包括基本各向同性。

在一些实施方式中，该折射率可变化合物的顺式至反式异构化改变该化合物的各向异性水平。在一些实施方式中，当该化合物的分子基本处于反式时，该化合物是基本各向异性。在一些实施方式中，当该化合物的分子基本处于顺式时，该化合物是基本各向同性。

在一些实施方式中，第一光学特性包括第一折射率，并且第二光学特性包括第二折射率，第二折射率不同于第一折射率。在一些实施方式中，该折射率是对于具有可见光波长(例如，约390～约750)的光的折射率。在一些实施方式中，该折射率是对于以基本垂直于基板表面的入射角行进的光而言。在一些实施方式中，对于波长约390～约750的光，第一折射率与基板大约相同或足够接近，例如约1.45～1.6。在一些实施方式中，第二折射率比第一折射率高。在一些实施方式中，第二折射率比第一折射率低。在一些实施方式中，第二折射率高于或低于第一折射率取决于该折射率可变化合物相对于光入射角的取向。在一些实施方式中，第一折射率和第二折射率之差为至少约0.01，例如约0.01～0.2，包括所列值中任何二个之间的范围。

在一些实施方式中，当该折射率可变化合物是基本各向异性时，其相对于该基板垂直设置。在一些实施方式中，当该折射率可变化合物是基本各向异性时，该折射率可变化合物中至少约70％的分子垂直于该基板。图3A示出的是基板310的一些实施方式，处于反式构型(左侧)的折射率可变化合物331，当为各向异性320时其基本垂直于该基板。当分子转化为顺式构型时，该层变为基本各向同性330。对于在某一入射角(其包括基本垂直于该基板的角度)透射的光，该各向同性的配置可以具有比各向异性的配置较低的折射率。这种变为基本各向同性的转化可以通过紫外线照射340来引发。变为基本各向异性的转化可以通过可见光或热350来引发。R³可以独立地选自以下中的至少一种的组：氢、烷基、烷氧基、羟基、羟烷基、氰基和硅烷醇基，例如R³可以为C_nH_2n+1(1＝<n＝<8，C₅H₁₁、C₄H₉等)、C_nH_2n+1O(1＝<n＝<8，CH₃O等)或CN。

在一些实施方式中，当该折射率可变化合物相对于该基板垂直设置时，该层和/或化合物可以散射光。在一些实施方式中，该折射率可变化合物可以相对于该基板垂直设置，并且可以具有与该基板基本相同的折射率，从而允许该基板透射的光的透射。当该折射率可变层和/或化合物变为基本各向同性的状态时，其可以具有比处于各向异性的状态时更高的折射率，因而具有比该基板更高的折射率。因此，该基本各向同性的化合物可以散射该基板透射的光。

在一些实施方式中，当该折射率可变化合物是基本各向异性时，其相对于该基板水平设置。在一些实施方式中，当该折射率可变层是基本各向异性时，该折射率可变化合物中至少约70％的分子相对于该基板是水平的。图3B示出的是基板310的一些实施方式，其中折射率可变分子361处于反式构型(左侧)，当是各向异性360时，折射率可变分子361相对于该基板是基本水平的。该化合物的分子可以转化为顺式构型(右侧)而变成基本各向同性370。对于在一个入射角(其可以是基本垂直于该基板的角度)透射的光，该各向同性的配置可以具有比该各向异性的配置更低的折射率。变成基本各向同性的转化可以通过紫外线照射340来引发。变成基本各向异性的转化可以通过可见光或热350来引发。

在一些实施方式中，该层传送、折射和/或反射在可见光光谱中的电磁辐射。在一些实施方式中，该滤波器被构造为透射、折射和/或反射波长约390纳米～约800纳米(包括所列值中任何二个之间的范围)的电磁辐射。在一些实施方式中，该滤波器被构造为透射、折射和/或反射两种以上基本上不同波长的电磁辐射。

在一些实施方式中，光致修改改变该折射率可变化合物的光学特性。在一些实施方式中，该光致修改包括顺式-反式异构化。在一些实施方式中，第一光致修改包括从顺式至反式的异构化。在一些实施方式中，第二光致修改包括从反式至顺式的异构化。

在一些实施方式中，该光致结构修改包括该折射率可变化合物的众多分子的异构化。在一些实施方式中，该光致结构修改包括基本所有该折射率可变分子的异构化。在一些实施方式中，该光致结构修改包括一些但并非所有的该折射率可变分子的异构化。在一些实施方式中，该光致结构修改包括该折射率可变化合物中至少约10％分子的异构化。

在一些实施方式中，一种或多种能量可以引发该结构修改。在一些实施方式中，该结构修改通过紫外线电磁辐射而引发。在一些实施方式中，该紫外线辐射的波长为不超过约400nm，例如约250nm～400nm。

在一些实施方式中，该折射率可变化合物的结构修改通过加热该化合物而引发。在一些实施方式中，该结构修改通过提供至少约室温至约40摄氏度而引发。

在一些实施方式中，该光致结构修改通过波长为至少约370nm的可见辐射而引发，例如约370nm～620nm，包括所列值中任何二个之间的范围。

在一些实施方式中，第一光致结构修改通过紫外线辐射将该折射率可变化合物的第一光学特性变为第二光学特性而引发。在一些实施方式中，第二结构修改(以使该化合物恢复回第一构型)如本文所述通过加热该化合物而引发。在一些实施方式中，第二结构修改通过可见或红外线电磁辐射之一而引发。在一些实施方式中，第二结构修改由此使该折射率可变化合物的第二光学特性恢复至第一光学特性。

在一些实施方式中，该滤波器或其他装置包括至少一个其他的可选层。在一些实施方式中，该其他的可选层位于与该基板相邻、与该折射率可变化合物相邻、与该高折射率层相邻之处和/或该装置中的其他地方。在一些实施方式中包括两个以上其他的可选层。在一些实施方式中，其他的可选层具有至少约20纳米厚的厚度，例如至少约20纳米～1,000纳米。

在一些实施方式中，例如，在其中滤波器被构造为反射光的一些实施方式中，滤波器包括可选的高折射率层，其设置为使得该折射率可变化合物位于该基板和该高折射率层之间。在一些实施方式中，该高折射率层位于光源的远端，例如在该折射率可变化合物后面。在一些实施方式中，该高折射率层位于与该折射率可变化合物相邻处。图1B示出的是可选的高折射率层180。该高折射率层的折射率可以大于该基板的折射率，并且大于该折射率可变化合物的第一折射率和第二折射率。该折射率可变化合物的第二折射率可以小于第一折射率。在一些实施方式中，该高折射率层的折射率可以比该折射率可变化合物的第一折射率的折射率高至少约5％，例如高约5％～60％。

在一些实施方式中，该高折射率层的折射率为至少约1.5，例如约1.5～2.6。在一些实施方式中，该高折射率层包括无色的材料。在一些实施方式中，该高折射率层包括氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化锡、Ta₂O₅、Nb₂O₅、金刚石、类金刚石碳(DLC)或所列化合物中至少两种的组合。

在一些实施方式中，该高折射率层设置为使该滤波器反射光。可以与相对于该基板基本水平的该折射率可变化合物一起提供该高折射率层。参照图1B，在一些实施方式中，基板110的折射率可以小于基本各向异性的水平取向的折射率可变化合物170的折射率，折射率可变化合物170的折射率可以小于该高折射率层180的折射率。因此，处于基本各向异性构型的滤波器可以透射光。当该折射率可变化合物变成基本各向同性的结构190时，其折射率会降低。该基板的折射率可以小于或等于基本各向同性的水平取向的折射率可变化合物190的折射率，折射率可变化合物190的折射率可以小于高折射率层180的折射率。该折射率可变化合物与该高折射率层的界面可以折射光。因此，当该折射率可变化合物处于基本各向同性的构型时，该滤波器反射通过该基板透射的光。

在一些实施方式中，例如在滤波器被构造为散射光的一些实施方式中，该滤波器包括可选的第一层，其设置为使得该折射率可变化合物位于该基板和第一层之间。图1A示出的是可选的第一层140。在一些实施方式中，第一层的折射率与该基板的折射率基本相同。在一些实施方式中，第一层的折射率在该基板折射率的约±20％内，例如约±20％。

在一些实施方式中，提供一种光照装置。该光照装置可以包括光可调化合物(例如本文中提供的任何折射率可变化合物)，其中该光可调化合物具有第一光学特性，第一光学特性通过光致结构修改而变为第二光学特性。该光照装置还可以包括电磁辐射源，其被设置为向该光可调化合物提供光。在一些实施方式中，该滤波器被构造为透射、折射和/或反射在可见光光谱中的电磁辐射。

在一些实施方式中，该光照装置的电磁辐射源包括发光二极管。在一些实施方式中，该发光二极管包括基本平面的发光二极管。在一些实施方式中，该电磁辐射源与该基板光学连通。在一些实施方式中，该基板包括该电磁辐射源的一个或多个表面，例如平面发光二极管的至少一个表面。在一些实施方式中，该电磁辐射源提供如本文所述的可见光，其被设置为提供以至少一个角度入射到该基板的光。在一些实施方式中，该入射角是基本垂直于该基板的表面。在一些实施方式中，该入射角超过临界角。在一些实施方式中，该光照装置包括两个以上电磁辐射源。

在一些实施方式中，该装置还包括紫外线辐射源，使得其可以照射该基板和/或该折射率可变化合物。在一些实施方式中，该装置包括滤波器，以便选择性地控制紫外线照射超过对该折射率可变化合物(或光可调材料)的可见光照射。在一些实施方式中，紫外线辐射源被设置为在所有时间均打开，使得该化合物经由可见光的任何转换都会被迅速地转换回紫外线施加态。在一些实施方式中，该装置包括加热元件，使得该化合物经由可见光的任何转换都会被迅速地转换回热施加态(例如图1A、图1B和图3A的左侧)。

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。该方法可以包括控制光可调化合物在可见光第一波长的光学性质。该光学性质可以通过用至少一种波长的紫外线辐射照射该光可调化合物来控制。在一些实施方式中，如本文所述，该光可调化合物位于基板顶部。在一些实施方式中，如本文所述，该基板对于紫外线辐射和可见光为基本透明的。

图4为说明调制可见辐射的至少一种波长的方法的流程图。该方法包括通过用至少一种紫外线辐射波长照射光可调化合物而控制该光可调化合物在可见光第一波长的光学性质410。在一些实施方式中，该光可调化合物位于基板的顶部。此外，在一些实施方式中，该基板对于紫外线辐射和可见光为基本透明的。在一些实施方式中，当使紫外光通过该组合物时，可以调制可见光。在一些实施方式中，可以先控制光学性质410，然后使可见光通过组合物420，从而调制可见光。在一些实施方式中，可以可选地用至少一种波长的紫外线能量(或例如热)再照射该光可调化合物430。本领域技术人员将理解的是，对于本文所揭示的这一和其他工序以及方法，在工序和方法中执行的功能可以以不同的顺序执行。此外，所概述的步骤和操作仅作为示例提供，而且在不损害所公开的实施方式的本质下，某些步骤和操作可以是可选的、组合成更少的步骤和操作或者扩展成另外的步骤和操作。

在一些实施方式中，该方法包括如本文所述通过照射该光可调化合物来控制光学性质。在一些实施方式中，该方法包括如本文所述通过引发光致结构修改来控制光学性质。在一些实施方式中，该方法包括如本文所述照射该光可调化合物，从而引发结构修改，该结构修改改变该光可调化合物的至少一种光学性质，例如顺式至反式的异构化或反式至顺式的异构化。在一些实施方式中，该方法包括如本文所述用紫外线辐射照射该光可调化合物。在一些实施方式中，该方法包括如本文所述用可见光照射该光可调化合物。在一些实施方式中，该方法包括如本文所述用红外线辐射照射该光可调化合物。在一些实施方式中，该辐射由如本文所述的光照源所提供。在一些实施方式中，该辐射由第二源、例如手持式装置所提供。在一些实施方式中，该方法包括如本文所述加热该光可调化合物，从而引发结构修改，该结构修改改变该光可调化合物的至少一种光学性质。

在一些实施方式中，如本文所述，该光可调化合物的光学性质包括折射率。在一些实施方式中，如本文所述，该光可调化合物的光学性质包括各向异性的水平。在一些实施方式中，该光可调化合物包括折射率可变化合物。因此，组成既可通过辐射调整，并且在调整时可改变折射率。在一些实施方式中，该折射率可变分子包括光可调化合物。因此，当暴露于辐射时该分子会改变折射率。

在一些实施方式中，控制该光可调化合物的光学性质包括改变由该光可调化合物散射的量。

在一些实施方式中，该光可调化合物和/或层如本文所述例如通过紫外线照射从基本各向异性的构型改变成基本各向同性的构型。在一些实施方式中，基本各向同性的光可调化合物具有比该基板或基本各向异性的构型更高的折射率。可见光能够透射穿过该基板，并且能够被基本各向同性的光可调化合物散射。因此，通过基本各向同性的光可调化合物的光的透射率百分比小于通过基本各向异性的光可调化合物的光的透射率百分比。在一些实施方式中，通过基本各向同性的光可调化合物的透射率百分比比通过各向异性的光可调化合物的透射率百分比小至少约1％，例如约1％～30％。

在一些实施方式中，该方法包括反射来自光源的光(例如穿过该基板的光)。可以如本文所述提供高折射率层(例如图1B)，并将其设置为使得该光可调化合物位于该高折射率层与该基板(或辐射源)之间。可将该光可调化合物设置成相对于该基板基本水平。在一些实施方式中，该光可调化合物如本文所述例如通过紫外线照射从基本各向异性的构型变成基本各向同性的构型。在一些实施方式中，可见光可以透射通过该基板，并且可以在基本各向同性的光可调化合物与该高折射率层的界面处被反射。

在一些实施方式中，该方法包括将滤波器配置为使通过基本各向同性的光可调组合物的透射率百分比比通过各向异性的光可调化合物的透射率百分比小至少约1％，例如约1％～10％。

在一些实施方式中，该方法包括可逆地改变该光可调化合物的光学性质。在一些实施方式中，第一照射(例如紫外线辐射)如本文所述将该光可调化合物的光学性质从第一状态调整至第二状态。在一些实施方式中，如本文所述对该光可调化合物提供第二照射(例如可见光或红外线辐射)，以如本文所述将该光可调化合物的光学性质从第二状态调整至第一状态。在一些实施方式中，如本文所述，加热将该光可调化合物的光学性质从第二状态调整至第一状态。例如，可以如本文所述对该光可调化合物提供紫外线照射，以如本文所述引发该光可调化合物的反式至顺式的异构化，从而改变该组合物的各向异性水平和/或折射率。可见光照射能够如本文所述引发该光可调化合物的顺式至反式的异构化，因而将该组合物的各向异性水平和折射率恢复至与先前水平基本类似的水平。

在一些实施方式中，提供可见波长光调制器。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为基本透明的基板。该可见波长光调制器还可以包括共价键合于基板表面的至少一个折射率可变分子。

在一些实施方式中，该折射率可变分子范德华键合或共价键合于基板表面。在一些实施方式中，该折射率可变分子通过范德华力直接键合于基板，或共价键合于基板的硅烷化表面的硅。图3A和图3B示出的是使折射率可变分子直接键合于基板的一些实施方式。图5示出的是使折射率可变分子共价键合于基板的硅烷化表面的一些实施方式。显示了具有硅烷化表面520的基板510。提供含有折射率可变分子的化合物，例如偶氮苯530。该化合物结合于硅烷化表面，因此使折射率可变分子540共价键合于表面。

在实施方式中，提供折射率可变分子的混合群体，其中一些分子处于反式构型，并且基本上其余的分子处于顺式构型。在一些实施方式中，超过约70％的分子处于反式构型，例如约70％～100％。

在一些实施方式中，该基板包括发光二极管的表面。在一些实施方式中，该基板包括发光二极管的两个以上表面。在一些实施方式中，该基板包括两个以上发光二极管的表面。在一些实施方式中，该基板为如灯泡、二极管、灯管等照明装置的任何表面。

在一些实施方式中，通过采用如本文中所提供的折射率可变组合物和/或光可调组合物来提供亮度可控薄膜，该亮度可控薄膜具有取决于光(强度)的不均匀性可逆地调整光的功能。在一些实施方式中，组合物的折射率或折射率各向异性可以取决于照射光的强度而改变。这可能造成如散射/反射等光学状态的变化，其实现了对发出的穿过基板(例如至外部)的光进行亮度调整。在一些实施方式中，散射/反射状态的变化可以通过改变在特定方向上的光透射率来实现，其由于光照射所引起的化学结构修改(如顺式-反式异构化)导致光学特性改变(例如折射率和折射率各向异性的变化)而发生。

在一些实施方式中，可异构化分子可以被放置在构成亮度可控薄膜的基板之间和/或可以被固定在片材的一个或多个表面上。通过在该片材的一个表面上形成具有高折射率的层，可以不仅有效地利用散射的变化，而且可以有效地利用反射特性的变化。

由于亮度可控薄膜导引具有极高强度的可见光，在一些实施方式中，本文所述的化学结构上的修改使用来自光源(例如LED)的光中包含的较低强度的紫外(UV)光。

在一些实施方式中，为了加速液晶的顺式-反式异构化，可以使用具有官能团R¹和R²的液晶偶氮苯或茋衍生物。此外，此类衍生物可以通过末端的官能团R¹和R²而固定于基材表面。

在一些实施方式中，“扁平的”分子(如偶氮苯)表现出折射率各向异性。例如，多偶氮具有折射率n_e＝1.7和n_o＝1.5，而且随机分布的平均值n_av为1.6。对于PVA，n＝1.5。在茋中，平均值n_av为约1.622。即，折射率可以取决于分子取向的有无而变化，并且在具有取向的情况下，取决于取向方向而变化。

在一些实施方式中，偶氮苯和茋衍生物显示取决于本文所述的共轭体系的紫外线-可见光吸收。从反式至顺式的异构化可以通过用对应于反式吸收的光照射来进行，从而改变紫外-可见吸收光谱。吸收波长的变化可以取决于引入的官能团R¹和R²的类型。在一些实施方式中，选择在可见光区域没有大吸收的化合物。

如上所述，在一些实施方式中，由紫外线照射引起的化学结构修改导致折射率(或折射率各向异性)的改变。在一些实施方式中，可以经由改变分散在薄膜中的折射率可变材料的折射率(或折射率各向异性)来控制光的散射/反射，从而调节薄膜的亮度。可以将散射的改变认为是米氏散射(Mie scattering)或瑞利散射(Rayleigh scattering)的改变，这取决于分散相的大小。瑞利散射只适用于颗粒尺寸远小于波长的情况(半径r<0.1,.1)。当具有波长A和单位照度的自然光的准直光束入射在介电质颗粒上时，具有散射角θ的与颗粒相距距离I处的正常照度E由下式(1)表示：

式1

由于均匀地分散于基质树脂中的无机分散相所致的前向散射系数由以下式(2)表示：

式2

C_sca：散射剖面

n_m：主体材料的折射率

n_p：内含物的折射率 α_sca：消光系数

r：内含物的半径 η：内含物的体积分数

λ：传输光的波长

因此，在引入导致瑞利散射的分散相的情况中，入射光的光强度的变化(线性透射率变化)可以由瑞利散射的变化来近似表示。另一方面，米氏散射的散射剖面由式(3)表示。实际的模拟可以使用MiePlot v4.2来实施。

式3

在界面处的入射光反射率可以由式(4)表示。

式(4)

通过改变n1与n2之间的差异可以引起反射率的改变。例如，当由外部刺激增加该差异时，可以表现出对抗入射光的屏蔽效应。

实施例

实施例1

通过修改液晶的各向异性而产生散射

将可顺式-反式异构化、光可调并垂直取向的向列型液晶插入两个片材之间。液相层的厚度为数百纳米到数百微米。使用折射率几乎与该垂直取向液晶层(n＝约1.5)相等的组合物作为片材。通过紫外线照射将向列相转化为各向同性，并且将结构的各层设计为使得该片材的折射率低于该各向同性液晶层的折射率。

在用紫外线照射之前，液晶在该片材的表面上形成垂直取向的向列相，并且在入射方向上具有与片材组合物的折射率几乎相等的折射率，因而保持透明度。

在暴露于紫外线辐射后，向列相通过从反式至顺式的异构化转化为各向同性，在液相层中导致在光的入射方向上的折射率改变，并且还形成充当散射中心的域。为了形成散射中心，有效的是还包含非顺式-反式异构化的分子。

由式(2)计算出的对于域尺寸、散射域直径和波长的线性透射率的估计值显示在图6A(500和100微米的厚度，在589nm波长可见光处)和图6B(500和100微米的厚度)的曲线图中。

实施例2

通过修改高折射率薄膜表面的各向异性而提高反射率

如同实施例1，将光可调液晶放在片材的表面上，并且利用由紫外线照射导致的相修改所造成的透射率变化。将在至向列相的入射方向的折射率设计为所示的高折射率层与基板的折射率之间的中间值(如图1B中所示)。通过紫外线照射使向列相转化为各向同性，并增加与高折射率层的界面处的反射率，降低透射光量。

该高折射率层的材料在可见光区域内是无色的，并且具有不小于1.76的折射率，其大于水平取向的液晶层(n＝约1.7)。

该基板是折射率比水平取向的液晶层(n＝约1.7)的折射率更小的组合物。将结构的各层设计为使得片材的折射率小于水平取向的液晶层的折射率，所述水平取向的液晶层的折射率小于该高折射率层的折射率。

在紫外线照射后，向列相转化为各向同性，并且结构的各层的折射率为基板的折射率小于或等于各向同性液晶层的折射率，所述各向同性液晶层的折射率小于或等于该高折射率层的折射率。

图7A和图7B的曲线图中显示的是由式(4)计算的在各波长通过调整液晶取向产生的反射率的估计值。在该高折射率层由折射率为2.0的ZrO₂制成的情况下，估计的通过光照射产生的反射率增长在550nm的中心波长为约2％；在折射率为2.4的二氧化钛(TiO₂)的情况下，估计的通过光照射产生的反射率增长在550nm的中心波长为约4％。

实施例3

制造亮度可控片材

处理该基板的表面，以保持液晶的垂直取向状态，然后将含有偶氮苯的液晶放在片材之间。通过紫外线照射将偶氮苯结构从反式异构化为顺式，以瓦解垂直取向(参见图3A)，导致转化为随机各向同性的结构。此外，由于空间位阻，形成粗糙的结构充当散射中心。进一步添加向列型晶体可以增加粗糙结构的尺寸，从而增强散射效果。

用具有反应性末端的硅烷处理基板表面，然后用硅烷化表面与具有偶氮苯结构的液晶反应，以引入垂直取向的液晶分子，由此提供亮度可控片材。

实施例4

通过修改高折射率薄膜表面的各向异性而提高反射率

在高折射率层的一个表面上形成高折射率层。可以形成四层，而且各层可以各自包括氧化钛(n＝2.55)、氧化锆(n＝2.17)、氧化锡(n＝1.998)、氧化锌(n＝1.95)和氧化铝(n＝1.76)。这些高介电薄膜通过化学气相沉积而形成。形成TiO₂和ZrO₂薄膜至分别具有80和85纳米的厚度。

处理该片材的表面，以保持液晶的水平取向状态(不需要磨擦)，然后通过以使该液晶面向片材的水平取向表面的方式将含偶氮苯的液晶放在该片材与该高折射率形成片材之间而形成薄膜(参见图3B)。因此，可确保水平取向的状态。

通过紫外线照射将偶氮苯结构从反式异构化为顺式，以瓦解水平的取向，导致转化为随机各向同性的结构。因此，可实现在入射方向上的折射率降低。

在水平取向状态，含偶氮苯的液晶(充当形成于片材的一个表面上的高折射率层的抗反射膜)的折射率降低至与该片材的折射率相同的水平(大约从n＝1.7变至n＝1.6)。这增加了在与该高折射率层的界面处的反射率，导致透射光的量减少。此外，形成由于空间位阻造成的粗糙结构，并且还引入散射中心，以提供散射效果。

实施例5

结构的具体实例

使用具有偶氮苯作为骨架的4-丁基-4'-甲氧偶氮苯(AzoLC)和向列型液晶(5CB)的液晶混合物。通过用紫外光照射使AzoLC从反式异构化为顺式。结果，向列相转化为各向同性。通过用可见光照射而使该各向同性相回到向列相。

通过使用这些修改，可以实现在上述模型中由所描述的紫外线照射产生的散射/反射状态变化。当不用紫外光照射时，该状态通过用热或周围的可见光照射所造成的顺式-反式异构化而回到初始状态。

本领域技术人员应该理解，一般来说，这里使用的术语并且特别是在随附权利要求书中的术语(例如，随附权利要求书的正文)一般旨在为“开放式”术语(例如，术语“包括”应该解释为“包括但不限于”，术语“具有”应该解释为“至少具有”，术语“包含”应该解释为“包含但不限于”等)。本领域技术人员将进一步理解，如果意图是特定数量的引入的权利要求叙述，则这样的意图将在权利要求中进行明确地陈述，在没有这样的叙述的情况下，则没有这样的意图。例如，为帮助理解，以下所附的权利要求可能包含对引入性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用，以引入权利要求叙述。然而，这种短语的使用不应解释为暗指：由不定冠词“a或an”引入的权利要求叙述会使包含这种所引入的权利要求叙述的任何特定权利要求限于包含仅一个这种叙述的实施方式，即使当同一权利要求包括引入性短语“一个或多个”或“至少一个”和如“a或an”等不定冠词时亦如此(例如“a和/或an”应解释为“至少一个”或“一个或多个”的意思)；这同样适用于对引入权利要求叙述的不定冠词的使用。另外，即使在所介绍的权利要求叙述中明确地陈述了确定的数量，本领域技术人员也将认识到这种叙述应解释为至少为所陈述的数量的意思(例如，没有其他修饰语的“两个叙述”这种单纯的叙述是至少两个叙述或者两个以上叙述的意思)。此外，在其中采用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用说法的那些情形中，通常这类修辞意指本领域技术人员会理解该惯用说法(例如，具有“A、B和C中至少一个的系统”会包括但不限于只具有A的系统、只具有B的系统、只具有C的系统、同时具有A和B的系统、同时具有A和C的系统、同时具有B和C的系统和/或同时具有A、B和C的系统等)。在其中采用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯用说法的那些情形中，通常这类修辞意指本领域技术人员会理解该惯用说法(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”包括但不限于只具有A的系统、只具有B的系统、只具有C的系统、同时具有A和B的系统、同时具有A和C的系统、同时具有B和C的系统和/或同时具有A、B和C的系统等)。本领域技术人员还应理解，实际上，带出两个以上可选择的术语的任何转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为设想了包括这些术语之一、这些术语中的任一个或者全部这些术语的可能。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或者“A和B”的可能。

另外，在以马库什组的方式描述本公开的特征或方面的情况下，本领域的技术人员应该认识到，本公开由此还在马库什组的任何单独成员或成员的子组方面描述。

如本领域技术人员所将理解的，对于任何和所有目的，如就提供书面说明书等而言，本文件所公开的所有范围都包括任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何所列范围均可以容易地被认作充分描述了并可使同一范围分解为至少两等分、三等分、四等分、五等分、十等分等。作为非限制性实例，本文件所讨论的各范围可以容易地分解为下三分之一、中三分之一和上三分之一等。如本领域技术人员也将理解的，如“至多”、“至少”等所有语言包括所陈述的数字并指之后可分解为如上所述的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括各个体成员。因此，例如，具有1～3个单元的组是指具有1个、2个或3个单元的组。类似地，具有1～5个单元的组是指具有1个、2个、3个、4个或5个单元的组，以此类推。

根据以上内容，应该理解，这里已经出于示例目的描述了本公开的各种实施方式，并且可以在不脱离本公开的范围和精神的情况下进行各种修改。因此，这里公开的各种实施方式不旨在进行限制，随附权利要求书表示真实的范围和精神。

Claims

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，

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，

所述第一折射率低于所述第二折射率；并且

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或水平设置。

2.如权利要求1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。

3.如权利要求1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，即所述第一层的折射率在所述基板折射率的±20％内。

4.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。

5.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。

6.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。

7.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。

8.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、茋、茋衍生物、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、羟基烷基、氰基和硅烷醇基。

9.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。