TWI479133B - 頻譜偵測器 - Google Patents

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TWI479133B
TWI479133B TW098133222A TW98133222A TWI479133B TW I479133 B TWI479133 B TW I479133B TW 098133222 A TW098133222 A TW 098133222A TW 98133222 A TW98133222 A TW 98133222A TW I479133 B TWI479133 B TW I479133B
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Koninkl Philips Electronics Nv
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Description

頻譜偵測器
本發明係關於一種用於量測遍及電磁頻譜之諸部分的光之性質的頻譜偵測器。特定言之，本發明係關於一種包含膽固醇型液晶的頻譜偵測器。
在由人工光源照明的環境中，照明管理變得日益重要。通常，固態光源(諸如發光二極體)之使用允許調節所發射光的顏色。為了控制及調整較佳的光設置或為了產生動態的照明氛圍，通常期望能夠偵測例如在該光源環境中之光的顏色點及彩色再現指數，以及發射自該光源遍及該電磁頻譜之一部分的光之其他性質。此外，最好此種偵測可以一不明顯的方式予以執行。另外，期望能夠判定入射在該照明環境(諸如一人工照明的房間)中的某些位置上的光之性質(諸如以上之諸性質)。因此，不但該光源之通量，而且該光源之頻譜資訊係使人感興趣的。因此，期望得到一種能夠完成此種偵測之廉價的、不明顯的及容易製造的裝置。
已知頻譜偵測器之一缺點為其等通常需要輔助光學組件，而該等光學組件需要對準與間隔及因此係昂貴的及龐大的且通常不可以不明顯地配置在期望的位置處以執行頻譜偵測。已知頻譜偵測器之一進一步缺點為其等不能夠以該入射光之入射角的一個函數來量測光的特性(諸如頻譜資訊)而實際上不移動該頻譜偵測器及/或耦合至該頻譜偵測器的一光纖。
文件US 5762823A及US 5798057A揭示一種用於製造一可切換的膽固醇濾光器的方法，該濾光器包括提供於兩個大致上平行的基板(各基板具有一電極)之間的一可聚合液晶分子混合物。
因此，本發明之一目的係提供一種能夠量測遍及電磁頻譜的諸部分之光的性質的頻譜量測器，此係對已知裝置之一改良。
液晶係顯現介於習知的液相與固相之間的一物相的物質。舉例而言，一液晶可能像一液體一樣流動，但是該液晶內的分子可能仍然被配置及/或定向如一晶體。液晶可能處於各種物相，其特徵為存在於該液晶內的分子序態類型。特定言之，處於膽固醇相或旋光向列相的液晶，其物相顯現旋光性或手型性。
在膽固醇型液晶內的分子係旋光的，亦即其等缺乏反對稱性。膽固醇型液晶自然地採用(不受諸如一電場之外界影響)一長連續分子之配置，其中，此種連續分子之總體方向、配向軸(director)在圍繞一螺旋軸的一方向上螺旋形地變化。因此，該等分子顯現在該膽固醇相中的一螺旋結構。該螺旋旋轉360°經過的距離、該螺旋的或旋光的節距p (下文簡單地稱為節距)以及該折射率、入射光的波長與入射角等決定該膽固醇型液晶的光學性質。
通常，一膽固醇型液晶混合物包括向列型液晶及可能為液晶本身之一旋光成分。若該節距為對應於可見光(亦即包括在對應於可見光之波長範圍內)之一波長的數量級，則將發生光反射，該反射波長λ為：
λ=n /(HTP ‧x )=n ‧p ，
其中n 為該膽固醇型液晶之平均折射率，x為存在於該膽固醇型液晶混合物中的旋光摻雜劑的分量，及HTP 為在一主體材料內之旋光成分的所謂的螺旋扭轉力。在以上等式中，(HTP ‧x )等於該節距的倒數(1/p )。僅反射具有一個(圓形的)偏振方向的光。為了獲得具有位於期望的波長處之反射帶位置的一材料，可以調整在該主體材料內的該旋光成分的分量x。 亦可能使用具有另一HTP 的另一旋光摻雜劑來獲得在一期望的波長處的一反射帶。對於特定的膽固醇混合物，該HTP 係溫度相關的，且因而此等膽固醇混合物係熱致變色的。在其他膽固醇混合物中，在該膽固醇型液晶內的該旋光成分為光致異構化或光致變色的。此意指在輻射此種混合物時，該旋光材料之部分改變其等之扭轉力(HTP )，且因此該反射帶移位其之位置。
膽固醇型液晶通常為非巨觀定向，且該膽固醇型液晶係隨機定向。因此，必須將巨觀定向感應進入該等分子使得該等分子變為巨觀定向。為了感應巨觀定向，該膽固醇型液晶可以例如定位在包含一單軸裸聚合物(諸如聚醯亞胺)的兩個基板之間。如此，具有膽固醇分子的平面定向之一所謂的格朗德讓(Grandjean)紋理得以感應，其中該膽固醇分子螺旋經定向垂直於該等基板。
本發明係基於：入射在膽固醇型液晶材料上的光之反射波長取決於旋光分子之該螺旋節距，而該螺旋節距可以不同的方法(諸如上文所指示)予以控制。藉由在兩個偏光器之間放置此種膽固醇型液晶材料，會獲得將具有一第一波段的入射光轉換為具有一第二波段的偏振光的一帶通濾光器。藉此，藉由使用能夠變化該等旋光分子之螺旋節距的一切換構件可以得到一可切換光學濾光器，使得該透射波段之位置回應於該切換構件而得以調整。
獲得一帶通濾光器之另一方法係藉由使用堆疊於彼此頂部的兩個寬頻膽固醇型反射器，其中在該可見頻譜區域不存在(或微小的)重疊，使得光在此區域中得以透射。考慮到膽固醇型液晶僅反射一個偏振方向，為了使該帶通濾光器獨立於入射光的該偏振，需要將一寬頻圓形偏光器放置在該堆疊的底部或頂部。另一種可能性係使用作用於左右偏振方向兩者的膽固醇型材料之堆疊。
此等濾光器亦可在反射模式下使用，使得僅該膽固醇層反射的光到達一光偵測器。
根據本發明之一第一態樣，其提供包含一光偵測器陣列及一可切換膽固醇型液晶光學濾光器的一頻譜偵測器，如由獨立技術方案1所定義，該頻譜偵測器具有優於已知裝置的若干優點。根據本發明之裝置可以一簡單的方式直接用於量測遍及該電磁頻譜之不同部分的光的性質，其中可以一簡單且可靠的方式控制或切換透過該光學濾光器的光或該光學濾光器反射的光的頻譜性質。此外，藉由使用根據本發明之頻譜偵測器，由於小外型因子(亦即本發明之頻譜偵測器的實體形狀及大小)，故可在各種期望的照明環境下以一種不明顯的方式執行此種量測。由於該小外型因子，該頻譜偵測器可以容易地整合在許多應用中，諸如燈、光學裝置及發光體。此外，可以一簡單及廉價的方式製造此種頻譜偵測器。
根據本發明之一第二態樣，其提供如技術方案12所定義之包含根據本發明之第一態樣或本發明之諸實施例的一頻譜偵測器的一照明系統。本發明之照明系統允許以一簡單且可靠的方式、藉由採用由該頻譜偵測器執行的量測來控制管理該照明裝置的操作或發光性質的參數。該頻譜偵測器可配置在該照明系統內或配置為耦合至該照明系統的一外部裝置。
根據本發明之一實施例，為了以一可逆的方式調整該膽固醇型材料的反射波段，該切換構件能夠一次或多次加熱至少一個液晶層及施加一電場跨於至少一個液晶層。取決於所使用的膽固醇混合物的類型，此種方法允許以在該膽固醇型材料中感應的溫度及/或施加至該膽固醇型材料的電壓的一函數逐漸調整該膽固醇型材料的該反射帶的位置或在不同的光學狀態(舉例而言，介於對於該電磁頻譜的一部分(例如大致上該可見光的整個波段)之大致上完全透射及大致上完全反射)之間切換。
根據本發明之另一實施例，該頻譜偵測器包含至少兩個偏光器(線性偏光器較佳)，其中配置至少兩個偏光器使得包含一膽固醇型液晶混合物的至少一層經配置介於該等偏光器之至少兩者之間，且使得該等偏光器之一者具有關於其他偏光器之至少一者的一交叉的定向。藉由此種組態，一帶通濾光器得以產生，其將入射於該濾光器上、具有某一波段的光轉換至具有在由包含於該膽固醇型材料的旋光分子之螺旋節距及該膽固醇型材料的平均折射率所定義的一波長附近之一狹窄波段的線性偏振光。因此，僅有在一明確定義的波長範圍內的線性偏振光透射過該偏光器及該膽固醇型液晶材料。
根據本發明之又一實施例，該頻譜偵測器進一步包含能夠過濾圓形偏振光的至少一個圓形偏光器，從而提供進一步的優點。舉例而言，若兩個寬頻膽固醇型液晶層經配置相互靠近，則一小波段的光得以透射。藉由採用一圓形偏光器，較佳地經組態使得其具有對於該膽固醇型液晶層之偏振的感應具有相反感應的一偏振，可消除該光之其他圓形偏振成分的透射。
或者，根據本發明之另一實施例，可採用經配置而相互接近(例如以一堆疊方式)的複數個膽固醇型液晶層以得到一裝置，該裝置之操作係獨立於該入射光的偏振。
根據本發明之又一實施例，該頻譜偵測器進一步包含至少一個吸收體或吸收層。如此，該頻譜偵測器可以經配置使得僅反射自該膽固醇型液晶層的光到達該光偵測器陣列。換言之，僅在該反射波段內的光被引導至該光偵測器陣列。
根據本發明之又一實施例，該頻譜偵測器進一步包含至少一個抗反射層或抗反射塗層。除該至少一個抗反射層以外，該頻譜偵測器宜亦包含至少一個吸收層，如上述。藉由此等組態，其提供在使用該膽固醇光學濾光器過濾光及隨後使用該光偵測器陣列偵測該經過濾的或經反射的光的程序中之增加的多樣性。
根據本發明之又一實施例，該頻譜偵測器進一步包含一用於使透過該延遲層的光產生一相位差的延遲層。該延遲層可能例如為用於使透過該延遲層的光產生對應於該光之波長的一半的一相位差的一半波長延遲層。此提供在使用該膽固醇光學濾光器過濾光及隨後使用該光偵測器陣列偵測該經過濾的或經反射的光的程序中之增加的多樣性。
根據本發明之又一實施例，該頻譜偵測器包含複數個層，其中各層包含一膽固醇型液晶混合物，該等層係配置成相互接近以便形成一複合層。此外，該等層之各者係與一反射波長特性及一偏振特性相關，其中該複合層經配置使得透射過該複合層的光獨立於入射在該複合層上的光的偏振。
根據本發明之又一實施例，其配置耦合至該至少一切換構件之該至少一膽固醇型液晶層，使得在該膽固醇型液晶層之至少一部分中的膽固醇型液晶混合物具有不同於該膽固醇型液晶層之其他部分之膽固醇型液晶混合物的節距。藉由此組態，通常允許入射在至少一膽固醇型液晶層上之一光線透過該膽固醇型液晶層之一部分，該部分具有一不同於該膽固醇型液晶層之其他部分的光學透射率。此允許在使用該膽固醇濾光器過濾光及隨後使用該光偵測器陣列偵測該已過濾之光之程序中之較大的多樣性。該光偵測器陣列之該等像素宜與通常具有不同之光透射特性之膽固醇型液晶層的該等部分對準。藉此，該光偵測器陣列的像素可與不同的透射波長相關。
根據本發明之又一實施例，根據可改變之該層之反射帶之位置及可改變之該層之反射帶之大小之一者或多者來組態耦合至至少一切換構件之至少一膽固醇型液晶層內的膽固醇型液晶混合物。藉由使該膽固醇型液晶層內的膽固醇型液晶混合物成為熱致變色或光致變色(亦即在分別地改變此一混合物的溫度或輻射時，部分旋光材料改變其等之扭轉力)，可達成此目的。藉此，提供一可切換的膽固醇光學濾光器。
根據本發明之又一實施例，在耦合至至少一切換構件之至少一個膽固醇型液晶層內的膽固醇型液晶混合物為熱致變色、光致變色、光致異構化之一者或多者，且當施加一電場跨於該層時或當此電場的強度改變時，該混合物對可見光頻譜之至少一部分大致上係透明的(亦即具有一幾個百分率的光吸收，其中以在1%至10%的範圍內較佳)。因此，藉由溫度、光致激發及/或一所施加之電場上的改變，來調整在該至少一個膽固醇型液晶層內之該膽固醇型液晶混合物中之該旋光成分之該螺旋節距。藉此，可回應於溫度、輻射(尤其由光產生的)及/或一所施加的電場上的改變，而調整一個或多個膽固醇型液晶層之該反射波段。
根據本發明之又一實施例，該頻譜偵測器進一步包含一光方向選擇層，該光方向選擇層包括複數個部分。此等部分經組態使得至少一部分經配置使得其能夠選擇入射在該頻譜偵測器上、與該光方向選擇層之其他部分相比具有一不同方向的光。換言之，其提供一片段層，其中各部分或片段通常能夠選擇具有不同入射角的光。較佳地，該光偵測器陣列的該等像素與該光方向選擇層的該等片段對準，使得該光偵測器陣列的諸像素可以與不同的入射角相關。如此，該頻譜偵測器允許頻譜資訊為將獲得之入射角的一函數。
根據本發明之又一實施例，該頻譜偵測器進一步包含一光方向選擇層，該光方向選擇層包括複數個部分。此等部分經組態使得至少一部分經配置使得其能夠選擇入射在該頻譜偵測器上、與該光方向選擇層之其他部分相比具有一不同方向的光。此外，該頻譜偵測器進一步包括下列之一者或多者：至少一個吸收體或吸收層、至少一個圓形偏光器、至少一個抗反射層或抗反射塗層及至少一個延遲層，諸如上文已經描述者。
根據本發明之又一實施例，操作性地耦合至該等膽固醇型液晶層之至少一者的至少一切換構件能夠改變包含於該至少一個膽固醇型液晶層內的膽固醇型液晶混合物中的該旋光成分之該螺旋節距的大小及方向之一者或多者。該螺旋節距方向意指該膽固醇型液晶材料之螺旋軸的總體方向。此組態提供在切換該膽固醇型液晶材料的程序內之增加的多樣性。
如熟習此項技術者已認識到，參考本發明之不同的態樣及實施例之上文描述的特徵以及揭示於附加技術方案的該等特徵可以一任意的方式組合，該組合係在本發明之範圍內。
應瞭解，如該等圖式所示的本發明之該等例示性實施例僅為例證之目的。當將該等圖式結合下列詳細描述及該等附加技術方案考慮時，本發明之進一步實施例將變得明顯。
此外，應瞭解，提供於該等圖式中的該等參考符號係為便於較快瞭解該等技術方案之目的，及因此其等不應被理解為以任何方式限制本發明之範圍。
為了例證之目的，現在將參考該等隨附圖式而描述本發明的較佳實施例，其中相同的數字指示貫穿該等圖式之相同或相似的元件。本發明亦涵蓋包括下文描述的諸特徵之組合的其他例示性實施例。另外，本發明之其他例示性實施例係定義於附加請求項內。
在下文中，尤其參考該等圖式，所涉及的該等膽固醇型液晶較佳地處於一巨觀定向狀態。
圖1為本發明之一例示性實施例的一示意側視圖，其中根據本發明之該例示性實施例的一頻譜偵測器1包括一層2，該層2包含一膽固醇型液晶混合物。雖然圖1所繪示的例示性實施例包含一層，該層含有一膽固醇型液晶混合物，但是應瞭解本發明涵蓋包括任意數目之此種層的其他例示性實施例。該液晶材料2可能進一步含有一聚合物或一聚合物網狀結構。但是，此種做法不會妨礙切換該層2，如下文所描述。較佳地，該膽固醇型液晶混合物為熱致變色的、光致異構化及/或係如此以至當施加一充分高的電場時，該材料尤其對於可見光變為透明的。如在該技術領域所知曉，光致異構化意指可由光致激發感應結構性改變。存在可逆的及不可逆的光致異構化反應兩者。但是，在本發明的上下文中，該光致異構化較佳地為可逆的。
根據圖1顯示之本發明的該例示性實施例，該頻譜偵測器1視情況進一步包含兩個基板10。此種基板10(其較佳地除了別的以外對於可見光係透明的)提供例如該裝置1之增強的機械強度。根據此特定實施例，該頻譜偵測器濾光器1亦包含兩個透明的電極4(尤其對於可見光透明)，其中該膽固醇型液晶2係夾在該等電極4之間。視情況，根據一較佳實施例，該膽固醇型液晶2經配置介於諸定向層(未顯示)之間，該等定向層在該液晶中感應出一格朗德讓紋理狀態。此外，能夠感應電磁輻射(包含可見光較佳)的一光偵測器陣列8被包含於該頻譜偵測器1內。較佳地，該光偵測器陣列8由一光電二極體陣列、一電荷耦合器件(CCD)及一光電晶體陣列之一者及多者組成。然而，該光偵測器陣列不限於此等選擇，而是可用於完成本發明之該第一態樣或本發明之諸實施例之功能的任何光偵測器陣列係被認為在本發明之範圍內。此外，為了便於對本發明之解釋，已經自圖1省略用於耦合該光偵測器陣列至一處理單元、一控制單元、分析設備等(未顯示)的導線、電路等。
圖2a為繪示根據一例示性實施例之本發明的工作原理的一示意側視圖，其中一膽固醇型液晶層2經配置介於兩個線性偏光器3之間。各偏光器可能由一可塗敷極化材料組成，或甚至為市場上可購得的一偏光器。在此例示性實施例中，該偏光器3經配置使得一個偏光器具有關於另一個偏光器的一交叉的定向。此種組態有效地產生一帶通濾光器，其能夠將入射在其上的光轉換至具有在一波長=np 附近的一狹窄波段的線性偏振光，其中p 為該等旋光液晶分子之該螺旋節距且n 為該膽固醇型液晶材料的平均折射率。
圖2a示意地顯示具有一例示性波長頻譜的入射光5，亦即該光強度I 為該光波長λ的一函數，如圖2a在左側所示，及已經透過該帶通濾光器之出射光6，該帶通濾光器包括以一相對彼此交叉定向方式配置的兩個偏光器3，及該膽固醇型液晶材料層2，該層具有如圖2a在右面所示的一波長頻譜，該波長頻譜由一狹窄的波段組成。
圖2b為繪示根據另一個例示性實施例之本發明的工作原理的示意側視圖，其中兩個膽固醇型液晶層2a與2b被配置在一圓形偏光器11的頂部上。在圖2b內，具有寬頻帶反射特性及相同的圓偏振方向的兩個不同層2a與2b經配置與一寬頻帶圓形偏光器11一起堆疊在彼此之上。在圖2b中由「2a」、「2b」、「2a+2b」及「2a+2b+11」指示的該等例示性圖式示意地各自顯示該等膽固醇濾光器的透射特性及當該等膽固醇濾光器與該圓形偏光器11不組合或組合時的透射特性(波長頻譜)。
圖2c為繪示根據又一例示性實施例之本發明的工作原理的一示意側視圖，其中四個膽固醇型液晶層2c(l)、2d(l)、2c(r)及2d(r)被配置在彼此之上。由2c(l)及2d(l)指示之具有寬頻反射特性及左旋圓形極化方向的該等層被配置在該層2c(r)及2d(r)上，該層2c(r)及2d(r)具有寬頻反射特性及右旋圓形極化方向。類似於圖2b，在圖2c內由「2c(l)」、「2d(l)」、「2c(r)」、「2d(r)」、「2c(l)+2d(l)」、「2c(r)+2d(r)」及「2c(l)+2d(l)+2c(r)+2d(r)」指示之該等例示性圖式示意地各自顯示當該等膽固醇濾光器之一些及所有該等膽固醇濾光器組合時的該等膽固醇濾光器的透射特性。
圖2b及圖2c所繪示之該等實施例為例示性，例如其中膽固醇型液晶層之數目分別不嚴格地限於兩個及四個。而是可採用任意數目的膽固醇型液晶層，連同對該等膽固醇型液晶層之各者的反射/透射及/或偏振特徵的合適選擇。
圖2d為繪示根據又一例示性實施例之本發明的工作原理的一示意側視圖，其中一膽固醇型液晶層2係用於反射模式。在此種情況下，一吸收層或吸收體12可能被配置在該膽固醇型液晶層2的一側上，且視情況地或可替代地，一抗反射層或塗層13可能被配置在該膽固醇型液晶層2的該相對側上。藉由此一組態，僅一個偏振方向將得到反射。
為了獲得一增加的反射，可使用兩個膽固醇型液晶層，一個反射左旋的偏振方向且另一個反射右旋的偏振方向。或者，如圖2e所繪示，可以使用兩個膽固醇型液晶層14a、14b，其等與一半波長延遲層15一起反射相同的圓形偏振方向，該半波長延遲層15配置在該兩個膽固醇型液晶層14a、14b之間。
根據本發明之第一態樣，該頻譜偵測器1包含操作性地耦合至至少一膽固醇型液晶層的至少一個切換構件，該切換構件能夠改變該膽固醇型液晶之該反射帶的位置及/或該膽固醇型液晶之該反射帶的大小。在圖1所繪示之本發明的例示性實施例中，此切換構件包括兩個透明的電極4，該膽固醇型液晶層2夾在該等電極4之間，該等電極4尤其對於可見光係透明的。此等電極的一較佳實例為銦錫氧化物薄層。如在該技術領域所知曉，此等銦錫氧化物電極係光學透明的且導電的。藉由該等電極4，可以施加一電場跨於該膽固醇型液晶2，藉此感應該膽固醇型液晶之該反射帶位置的一可逆改變及/或該膽固醇型液晶之反射帶的一大小改變。又一可能性係在不同的光學狀態之間切換，例如藉由施加大致上不同的電壓至該膽固醇型液晶層2(較佳地使用諸如圖1所示的電極)，在對於電磁頻譜(例如大致上可見光的整個波段)之一部分的全透射與全反射之間切換。
一種替代方法將採用介電質加熱或電阻加熱該膽固醇型液晶材料。舉例而言，藉由施加一高頻電場跨於該膽固醇型液晶材料，該材料可以由於介電損耗而被加熱。同樣地，藉由施加一電壓透過一電極，可以感應對該電極的電阻加熱。因此，藉由使用電阻加熱及/或介電質加熱，可以感應在該膽固醇型液晶材料2中的旋光分子之該螺旋節距的一逐漸改變。換言之，有可能以一逐漸及可靠的方式控制該膽固醇型液晶之反射波段的位置及/或該膽固醇型液晶之反射/透射大小，從而連續地掃描該電磁頻譜。此種控制亦可藉由使用諸如圖1所示的電極可控制地施加一電壓至該膽固醇型液晶2而完成。
為了便於對本發明之解釋，已經自圖1省略用於耦合該等電極4至一電源或相似物(未顯示)的導線、電路等。
根據本發明之進一步例示性實施例，為了變化該膽固醇型液晶材料之波長反射帶的位置，該切換構件係如此以至可以施加一切力、一磁場及/或壓力至膽固醇型液晶材料用於感應在該膽固醇型液晶材料中之諸旋光分子的該螺旋節距的大小及/或方向上的一改變。該螺旋節距方向意指該膽固醇型液晶材料之螺旋軸的總體方向。
圖3為繪示本發明之一例示性實施例的工作原理的一示意圖式。在該圖式中，其顯示對於許多溫度T之一膽固醇型液晶濾光器(舉例而言，諸如圖2a至圖2e所繪示之)的透射/反射特性。此外，該圖式示意地顯示隨著溫度增加該透射波段如何朝較大的波長λ移位。該圖式中的曲線按照溫度從左至右增加的次序顯示。因此，在圖3所指示的最低溫度處，該透射/反射波段係以λ b 為中心，亦即藍色可見光的波長(大約0.47μm)，隨著溫度增加，接著的透射波段係以λ g (綠色可見光，大約0.50μm)、λ y (黃色可見光，大約0.58μm)、λ o (橙色可見光，大約0.60μm)及λ r (紅色可見光，大約0.70μm)為中心。
在下文中，其描述包含在根據本發明之第一態樣或本發明之諸實施例的頻譜偵測器中的該等膽固醇型液晶層之不同的例示性配置。如上文已經提及，根據本發明之一實施例，有可能在不同的光學狀態之間切換該膽固醇光學濾光器，例如在對於該電磁頻譜之一部分(例如大致上可見光之整個波段)大致上全透射與大致上全反射之間。
根據本發明之一例示性實施例，以例如一堆疊方式(一層在另一層的頂部上)配置複數個膽固醇型液晶層，其中各層可能在根據上文之諸光學狀態之間切換，較佳地藉由施加一電場跨於各層，較佳地使各層獨立於其他層。此外，各膽固醇型液晶層通常具有不同於該等其他層的一透射特性，例如透射波段的位置。藉由使用此一膽固醇型液晶層之組合，各層個別地在不同的光學狀態之間可切換及具有某一透射特徵，對於包含複數個膽固醇型液晶層之總體裝置，該光的反射波段可藉由切換該等膽固醇型液晶層之一個或多個啟用或停用而得以控制，如圖4a至圖4d所示意地繪示。
在圖4a至圖4d中，其等在左側顯示膽固醇型液晶層之堆疊，在由四個膽固醇型液晶層(由字母a、b、c及d代表)組成的此特定例示性實施例中，其中該等層處於由在圖4a至圖4d中之該等詞「啟用」及「停用」所指示的經切換啟用或經切換停用的變化狀態。對於在圖4a至圖4d中的四種例示性情況，透過該等疊加的光之例示性波長頻譜在該等分別的圖形之右側得以顯示。在圖4a至圖4d所繪示之實施例的上下文中，設想光自顯示於圖4a至圖4d中之該等堆疊的側部入射到該等堆疊上，亦即自該層堆疊的頂部至底部之最長距離。
根據本發明之另一例示性實施例，該等膽固醇型液晶層經配置而相互接近，較佳地以此種方式以便形成一層，其中在該由此形成的層中之各個別層具有相對於該等其他層之至少一者的一不同的頻譜響應。如此，可使該膽固醇光學濾光器之透射波段隨該膽固醇光學濾光器上的位置而改變。該由此形成之層的整體或者各個別層可以經組態而在不同的光學狀態之間可切換。
圖5為本發明之一例示性實施例之一示意側視圖，其中根據本發明之繪示之例示性實施例之一頻譜偵測器1包含由數字8標記之一光偵測器陣列或光感測器陣列，該光偵測器陣列8能夠偵測電磁輻射，其中以包含可見光較佳。圖5中之頻譜偵測器1進一步包含以一相對彼此交叉定向的方式配置的兩個偏光器3(其等之間夾有一膽固醇型液晶層2)及一光方向選擇層7，該層經分割使得其包括諸部分，其中該等部分經組態使得至少一個部分經配置使得其能夠選擇入射於該頻譜偵測器1上、具有與該光方向選擇層7之其他部分相比為一不同方向的光。該光方向選擇層可能(例如)由一個或多個吸收準直器、稜鏡等組成。通常，各部分能夠選擇入射在該頻譜偵測器1上、與該光方向選擇層7之其他部分相比具有一不同方向的光。該光偵測器陣列之該等像素(未顯示)可與該光方向選擇層7之該等片段或部分對準，使得諸像素可以與具有不同入射角的光方向相關。換言之，該頻譜偵測器允許頻譜資訊為將獲得之入射角的函數。如此可進行該光譜之一方向性掃描。該光偵測器陣列8宜由一光電二極體陣列、一電荷耦合裝置(CCD)及一光電晶體陣列之一者或多者組成。然而，該光偵測器陣列不限於此等選擇，而是可用於完成本發明之第一態樣或本發明之諸實施例之功能的任何光偵測器陣列係認為在本發明之範圍內。此外，為了便於對本發明之解釋，已經自圖5省略用於耦合該光偵測器陣列至一處理單元、一控制單元、分析設備等(未顯示)的導線、電路等。
配置在如本文所描述之一光偵測器陣列上的膽固醇濾光器組態已經呈現在一分層幾何結構中。然而，可能存在其他的組態，包括(但不限於)彎曲光學濾光器或具有至少兩個面的光學濾光器。
圖6a及圖6b為繪示本發明之諸例示性實施例的示意視圖。該照明系統16包含一根據該等特定實施例而組態為一面板的光模組18，該光模組包含大量光源19(諸如發光二極體)及一根據本發明之該第一態樣或本發明之諸實施例的頻譜偵測器1。該照明系統16進一步包括一控制單元17，該控制單元17可以配置在該照明系統16的內側，其中以使其與該照明系統16整合較佳，或配置為經由一連接件20(諸如一連接導線)連接至該照明系統16之一外部裝置。亦設想，該連接件20可以包括一用於該控制單元17與該照明系統16之間之無線通信的無線通信鏈路。
該照明系統16根據該光模組18的一個或多個參數或性質來操作。該一個或多個參數宜為由該光源19所發射之光之顏色點及彩色再現指數之一者或多者。為了控制該光模組18，該控制單元17經調適以使用該頻譜偵測器1執行至少一量測，且基於該由此執行所得到的量測結果來控制該光模組18的至少一個參數。
因此，該照明系統16允許以一簡單及可靠的方式、藉由採用由該頻譜偵測器1執行得到的量測來控制管理該照明系統的操作或照明性質的參數。
該頻譜偵測器1可定位在該光模組18內或該照明系統16內的其他地方(諸如圖6a至圖6b所繪示)，但是其亦可以作為經由一連接件(諸如一連接導線)連接至該照明系統16之一外部裝置(未顯示)，而定位在該照明系統16外側。至該照明系統的連接亦可能為一遠端連接(諸如藉由IR通信等)。亦可能採用在該光源環境內的多重光模組。
雖然已經參考本發明之特定例示實施例對其予以描述，但是對於熟習此項技術者，許多不同的替代、修改及相似物將變得顯然。因此，所描述之諸實施例並非旨在限制如附加請求項所定義的本發明之範圍。
此外，在該等請求項中，不定冠詞「一」不排除複數個。同樣，在該等請求項中的任何標記符號不應被理解為限制本發明之範圍。
總之，本發明係關於一種用於量測遍及電磁頻譜之諸部分的光之性質的頻譜偵測器，該頻譜偵測器包含膽固醇型液晶材料及能夠改變該膽固醇型液晶材料之該螺旋節距的切換構件，使得該透射波段的位置回應於該切換構件而得以調整。該頻譜偵測器可能進一步包含至少一個光方向選擇結構，該結構係用於選擇入射在該頻譜偵測器上、具有某一入射角之光。本發明亦關於一種包含本發明之頻譜偵測器的照明系統。
1．．．頻譜偵測器
2．．．層
2a．．．層
2b．．．層
2c(l)．．．層
2c(r)．．．層
2d(l)．．．層
2d(r)．．．層
3．．．偏光器
4．．．電極
5．．．入射光
6．．．出射光
8．．．光偵測器陣列
10．．．基板
11．．．偏光器
12．．．吸收層或吸收體
13．．．抗反射層或塗層
14a．．．層
14b．．．層
15．．．延遲層
16．．．照明系統
17．．．控制單元
18．．．光模組
19．．．光源
20．．．連接件
圖1為本發明之一例示性實施例的一示意側視圖。
圖2a至圖2e為繪示根據本發明之例示性實施例的本發明的工作原理的示意圖，其中：
圖2a為繪示根據一例示性實施例之本發明的工作原理的一示意側視圖；其中一膽固醇型液晶層經配置介於兩個線性偏光器之間；
圖2b為繪示根據一例示性實施例之本發明的工作原理的一示意側視圖；其中兩個膽固醇型液晶層被配置在一圓形偏光器上；
圖2c為繪示根據一例示性實施例之本發明的工作原理的一示意側視圖；其中四個膽固醇型液晶層被配置於彼此之上；
圖2d為繪示根據一例示性實施例之本發明的工作原理的一示意側視圖；其中一個膽固醇型液晶層用於反射模式；及
圖2e為繪示根據一例示性實施例之本發明的工作原理的一示意側視圖，其中一個半波長延遲層被放置在反射偏振光之兩個膽固醇型液晶層之間。
圖3為繪示本發明之一例示性實施例的工作原理的一示意圖。
圖4a至圖4d為繪示本發明之諸例示性實施例的示意視圖。
圖5為本發明之另一例示性實施例的一示意側視圖。
圖6a至圖6b為本發明之諸例示性實施例的示意視圖。
1．．．頻譜偵測器
2．．．層
4．．．電極
8．．．光偵測器陣列
10．．．基板

Claims (19)

  1. 一種頻譜偵測器，其包含：包含一膽固醇型(cholesteric)液晶混合物的至少一層；至少一切換構件，其操作性地耦合至該等層之至少一者，用於改變包含於該層內之該膽固醇型液晶混合物中之旋光成分(chiral component)的螺旋節距(helical pitch)；及耦合至該等層之至少一者之一光偵測器陣列，其中耦合至該至少一切換構件之該至少一個膽固醇型液晶層經配置使得在該膽固醇型液晶層之至少一部分中之該膽固醇型液晶混合物具有一不同於該膽固醇型液晶層之其他部分中之膽固醇型液晶混合物之螺旋節距的螺旋節距。
  2. 如請求項1之頻譜偵測器，其中在操作性地耦合至該至少一切換構件之該至少一個膽固醇型液晶層中之該膽固醇型液晶混合物為下列之一者或多者：熱致變色的(thermochromic)；光致變色的(photochromic)；及當施加一電場跨於該至少一層時，對於可見光頻譜之至少一部分係透明的。
  3. 如請求項1之頻譜偵測器，其中在操作性地耦合至該至少一切換構件之該至少一個膽固醇型液晶層中之該膽固醇型液晶混合物係經組態使得該層之該反射帶的位置及該層之該反射帶的大小兩者中之至少一者係可變的。
  4. 如請求項1之頻譜偵測器，其中該至少一切換構件係經 組態以執行下列之一者或多者：加熱一膽固醇型液晶層；及施加一電場跨於一膽固醇型液晶層。
  5. 如請求項1之頻譜偵測器，進一步包含一光方向選擇層，其中該光方向選擇層包括複數個部分，該等部分經組態使得至少一部分經配置使得其能夠選擇入射在該頻譜偵測器上、與該光方向選擇層之其他部分相比為具有一不同方向之光。
  6. 如請求項1之頻譜偵測器，進一步包含至少兩個偏光器，其中該等偏光器經配置使得包含一膽固醇型液晶混合物之至少一層係配置成介於該等偏光器之至少兩者之間，且使得該等偏光器之至少一者具有一相對於其他偏光器之至少一者的交叉定向。
  7. 如請求項1之頻譜偵測器，進一步包含至少一個圓形偏光器。
  8. 如請求項1之頻譜偵測器，進一步包含至少一個吸收層。
  9. 如請求項1之頻譜偵測器，進一步包含至少一個抗反射層。
  10. 如請求項1之頻譜偵測器，進一步包含至少一個相位延遲層。
  11. 如請求項1之頻譜偵測器，其包含複數個層，各層包含一膽固醇型液晶混合物，該等層經配置為相互接近以便形成一複合層，其中該等層之各者係與一反射波長特性 及一偏振特性相關，且其中該複合層經配置使得透射穿過該複合層的光獨立於入射在該複合層上之光的偏振。
  12. 如請求項1之頻譜偵測器，其中該至少一切換構件能夠改變包含於該層內之該膽固醇型液晶混合物中之該旋光成分之該螺旋節距之大小及方向之一者或多者。
  13. 一種照明系統，其包含：一控制單元；至少一個光模組，其包含至少一個光源，其中該至少一個光模組係根據複數個參數而操作；及一頻譜偵測器，其包含包含一膽固醇型液晶混合物的至少一層；至少一切換構件，其操作性地耦合至該等層之至少一者，用於改變包含於該層內之該膽固醇型液晶混合物中之旋光成分的螺旋節距；及耦合至該等層之至少一者之一光偵測器陣列，其中該控制單元經組態以使用該頻譜偵測器執行至少一量測及基於該至少一量測來控制該至少一個光模組的至少一個參數。
  14. 如請求項13之照明系統，其中該參數為下列之一者或多者：由該等光源發射之光的顏色點；及由該等光源發射之光的彩色再現指數。
  15. 如請求項13之照明系統，其中耦合至該至少一切換構件之該頻譜偵測器之該至少一個膽固醇型液晶層經配置使 得在該膽固醇型液晶層之至少一部分中之該膽固醇型液晶混合物具有一不同於該膽固醇型液晶層之其他部分中之膽固醇型液晶混合物之螺旋節距的螺旋節距。
  16. 如請求項13之照明系統，其中該頻譜偵測器進一步包含至少一個相位延遲層。
  17. 如請求項13之照明系統，其中該頻譜偵測器進一步包含一光方向選擇層，其中該光方向選擇層包括複數個部分，該等部分經組態使得至少一部分經配置使得其能夠選擇入射在該頻譜偵測器上、與該光方向選擇層之其他部分相比為具有一不同方向之光。
  18. 一種頻譜偵測器，其包含：包含一膽固醇型液晶混合物的至少一層；至少一切換構件，其操作性地耦合至該等層之至少一者，用於改變包含於該層內之該膽固醇型液晶混合物中之旋光成分的螺旋節距；耦合至該等層之至少一者之一光偵測器陣列；及至少一個相位延遲層。
  19. 一種頻譜偵測器，其包含：包含一膽固醇型液晶混合物的至少一層；至少一切換構件，其操作性地耦合至該等層之至少一者，用於改變包含於該層內之該膽固醇型液晶混合物中之旋光成分的螺旋節距；及耦合至該等層之至少一者之一光偵測器陣列；及一光方向選擇層，其中該光方向選擇層包括複數個部 分，該等部分經組態使得至少一部分經配置使得其能夠選擇入射在該頻譜偵測器上、與該光方向選擇層之其他部分相比為具有一不同方向之光。
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