监测照射量的器件、该器件的用途以及监测照射量的制品和方法

专利名称：监测照射量的器件、该器件的用途以及监测照射量的制品和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于监测照射量的器件、该器件的用途、用于监 测照射量的制品和方法。
背景技术：
现有技术中已知有用于监测累积受照射量的装置。然而，已知的 装置相对复杂且昂贵，并且包括相对较大量的不同的元件和材料。特 别是，已知器件的相对较高的成本使得那些器件较少吸引最终消费者购买和/或使用，以用来例如监测有害紫外(uv)线的过度照射。具体地说，过度暴露于日光紫外线辐射的短期危险是皮肤灼伤和 形成水泡以及严重的皮肤损伤。暴露于日光的长期危险是患皮肤癌 (一种难于治疗的疾病)的危险。因此，显示人的皮肤已接受照射的日光紫外线的累积量并能够在 达到一定剂量的紫外线日光之后警告使用者停止日光浴或保护皮肤 的简单指示器将是很有用的。由于优选的是基于每日的照射量进行指 示，所以需要廉价的和一次性的解决方法。此外，为了方便，该指示 器应该不引人注意并易于读出。发明内容本发明的目的是解决上述问题。具体而言，本发明的目的是提供 一种简单、易用、相对较便宜的用于监测照射量的器件。根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于监测照射量、特别是紫外线照射的器件，其至少包含含有光致异构化合物的胆甾液晶材 料，从而在使用期间暴露于待监测的辐射时该胆甾液晶材料的光反射
谞带可以发生改变。这样，可以提供用于检测和监测辐射-特别是累积照射剂量-的灵 敏的器件。该器件可以相对简单且便宜地制备，这使得该器件特别适 合于例如最终的消费者^f吏用。例如，该器件可以^没计为用作紫外线日光辐射指示器。在后一种情况下，uv日光能够引起所述光致异构化合物的逐渐异构化，从而产生所述反射谱带的变化，而使用者可以观 察到的所导致的颜色改变。同样，该器件也可以以简单的方式制备得 相对紧凑、较小、易于操作和使用，且为便携式的。在液晶显示器件的制造中已知这种含有光致异构化合物的胆甾 液晶材料的应用，其中这种材料应用于色彩显示滤光层中。在这种情 况中，已知该光致异构化合物被照射直至通过异构化获得需要的颜色 改变为止，然后阻止或防止任何进一步的异构化。本发明基于以下创造性的思想含有光致异构化合物的胆甾液晶 材料可以有利地用于辐射的监测中，从而，例如，帮助使用者在日光 浴期间监测对有害的紫外(UV)线的过度暴露。与色彩显示滤光器相 反，具体而言，根据本发明的器件在使用期间不发生聚合、交联和/ 或其它阻止光致异构化合物异构化的情况。因此，在根据本发明的器 件中，所述光致异构化合物-例如手性化合物-能够提供相对较大的监 测辐射剂量的工作范围。在另一个实施方式中，提供了一种制品，例如衣服、游泳衣、带 子、游泳和/或漂浮辅助设备、眼镜、玩具、消费品、可食用和/或可 饮用的产品、存储装置、容器、日光浴产品、日光浴设备、灯、遮阳 板和/或挡风板、便携式制品、和/或阳伞，所述制品包括至少一个本 发明的器件。因此，上述优点可以提供给该制品。此外，本发明的一种实施方式提供了 一种含有光致异构化合物的 胆甾液晶材料在监测例如紫外线辐射的照射量中的用途，其中，所述 胆甾液晶材料设置为使待监测的辐射能够改变该胆甾液晶材料的光 反射谱带，其中所述光反射谱带的改变优选可目视检测到。此外，本发明的一种实施方式提供了 一种例如使用根据本发明的器件监测如紫外线辐射的照射量的方法，该方法包括以下步骤-提供至少一种含有光致异构化合物、例如手性化合物的胆甾液 材料；-定位所述胆甾液晶材料，从而使至少部分待监测的辐射能够到 达至少部分胆甾液晶材料以改变胆甾液晶材料相应部分的光反射谱 带；和-检测根据所述胆甾液晶材料的光反射谱带发生变化的颜色，例 如由该胆甾液晶材料反射的光线的颜色。因此，所述胆甾液晶能够提供良好的照射量-例如累积照射剂量-的可见指示。例如，日光浴者可以使用该方法，并且可以定期地检查 所述颜色，例如由该胆甾液晶材料反射的光线的颜色，从而知道他/ 她已经接受的照射量。在使用者观察到颜色已经变为很可能过度暴露 于(例如)紫外线的水平的情况下，使用者可以采取预防措施以及时防 止进一步的照射。此外， 一种实施方式还提供了一种胆甾液晶材料，其包含光致异室温下的光致异构化过程的化合物，从而使所述材料在室温下的照射 能够引起该材料的反射谱带的改变。这种材料相对较便宜，并且可以 用于监测累积照射剂量。此外， 一种实施方式还提供了特征在于权利要求23~26的特征 的各种不同的化合物的用途。在从属权利要求中描述了本发明的更优选的实施方式。参照下文 对所述的实施方式的说明，本发明的上述方面和其它方面将更清楚。附图简要说明图l示意性地示出了本发明第一实施方式的剖视图；图2A示出了第 一 实施方式的器件在初始状态的顶视图；图2B与图2A类似，其中所述器件已经暴露于一定剂量的辐射下;图3为与图l类似的视图，示出了本发明的第二实施方式；
图4为图3的顶视图，其中已经除去了部分辐射阻断层； 图5为与图4类似的替代实施方式的顶视图； 图6A为与

图1类似的本发明的第三实施方式的视图； 图6B为在除去部分器件后的与图6A类似的视图； 图7A 7D示出了本发明制品的各种不同的实施方式； 图8A 8D示出了本发明的非限制性例子的化合物的化学结构 式；以及 图9A-
结构式的非限制性例子，
具体实施例方式
在本申^f中，类似或相应的部件由相似或相应的附图标记表示。 图1 ~2示出了本发明的一种实施方式。这些图示出了用于监测 辐射L的累积照射量的器件1,如剂量测定指示器1。例如，辐射可 以源于特定的辐射源(例如太阳和/或天空)或者不同的来源。在本实施 方式中，器件1至少包括含有胆甾液晶材料的层3，层3至少包含光 致异构的手性化合物，从而在使用期间层3可以暴露于待监测的辐射 L,并且可以使胆甾液晶材料3的光反射谱带由待监测的辐射改变。
少在器件的正常工作状态下，例如在室温(约20。C)下或在包括室温的 一定温度范围内为可光致异构化的。
本实施方式具体设置为监测对紫外线L的暴露，例如从太阳S发 出的紫外线L(参见图1),从而使器件1的使用者能够持续监测他/她 已经从日光接受的紫外线照射的累积剂量，从而例如防止皮肤灼伤和 /或与紫外线有关的医学病症。图2A示出了胆甾液晶材料受到紫外线 L的照射之前，该器件的第一颜色(图中基本上为白色)，而图2B示出 了经一定剂量的UV照射后由于胆甾液晶材料3的光反射谱带的改变 而变化的颜色(图中为暗色或黑色)。色彩改变的类型由所述胆甾液晶 材料中的特定组成决定，这对本领域技术人员是很清楚的。例如，液
晶材料3可以是这样的形式UV照射能够产生由蓝色到红色、由绿 色到红色或由蓝色到绿色的逐渐颜色变化，并且反之亦然，和/或产生 在其它颜色之间的逐渐颜色变化。
具体而言，胆甾液晶材料3可以为相对较薄的胆甾液晶层3，例 如厚度约2微米或更厚的层。各胆甾液晶材料的取向可以是，胆甾有 序材料的分子螺旋的轴横交于层3延伸。所述层可以包括包含一定量 可转化的化合物(即光致异构化合物)的胆甾有序材料的层。这种可转 化的(光致异构)化合物在其非转化态和转化态限定所述胆甾有序材料 的螺距在不同的范围，其中所述化合物的转化可以由待监测的辐射L 引起。例如，胆甾液晶材料3可以包含含有光致异构的手性化合物的 向列型液晶的混合物。这种混合物由于照射(例如太阳的UV照射)将 改变其反射颜色。液晶材料3中的化合物的一些适宜的非限制性的例 子如下所述，并示于图8 9中。
具体地说，在本实施方式中，液晶材料层3优选不含在监测特定 辐射期间，例如在获得光致异构化合物基本上完全异构之前，在器件
物的光致异构过程的化合物:这与已:的用于显示器件的彩色滤光片 制造中的胆甾可聚合液晶材料层相反，后者胆甾可聚合的液晶材料层 在相应的光致异构化合物的光致异构化达到一定程度之后通常会被 聚合和/或交联。因此，在本实施方式中，器件l优选设置如下手性 异构化合物经由UV(太阳)射线的照射(例如至少在室温下)时可以充 分地发生转化。另外，在一个实施方式中， 一定剂量之后，手性光致 异构化合物的异构可以是完全的，并且经进一步的、延长的照射不会 发生进一步的改变。
在本实施方式中，器件1设置有承载胆甾液晶层3的载体或基板 2。载体2可以以各种不同的方式i殳置，并且可以包含各种不同的材 料，例如玻璃、塑料、PET(聚对苯二曱酸乙二醇酯)和/或其它材料。 优选地，载体2可以与胆甾液晶材料配合以按照上述方式定向该材料。 例如，载体2可以设置取向层以对液晶层3定向，或者载体2本身可
以定位(如包含PET的载体)，这对本领域技术人员是很清楚的。
优选地，载体2设置有反射改进表面或层4 (特别是暗层4)，其 防止来自胆甾醇层3下面的层的有害反射。反射改进层4能够使光线 仅通过胆甾液晶材料3被反射。例如，反射层4可以包括载体2的表 面。此外，该反射层和所述取向层可以为相同的一个层，或者可以为 不同的层，例如，在取向层为在反射层与胆甾液晶层3之间延伸的透 明层的情况下。
此外，本实施方式包括适当的覆盖物5或上基板，以在与载体2 相对的一侧覆盖胆甾液晶材料3。覆盖物5可以为透明覆盖物。例如， 覆盖物5可以为对待监测的辐射至少部分透明的，从而向液晶层3传 输这种辐射。优选地，覆盖物5对可见光基本上是透明的，从而使可 见光能够通过该覆盖物到达液晶层3，并且可以至少部分地由液晶层 3反射回去，该反射通常由层3的反射谱带决定。因此，优选地，通 过覆盖物5可从器件1的外部观察到液晶层3的颜色。可选择地，如 果需要，可以设置覆盖物5使其过滤掉光谱中的可见光部分的特定部 分。覆盖物5还可以设置有或能够提供适当的取向层以使液晶层3定 向。覆盖物5可以由与所述载体2相同的材料或其它材料制成。例如， 胆甾液晶材料3可以夹在适当的定位层(或基板)2、 5之间，可以嵌入 适当的化合物2、 5中，可以锁定在相对较小的适当的塑料单元(plastic cell) 2、 5内，可以嵌入一个或多个适当的箔片2、 5中，和/或可以设 置有其它适当的定位材料。此外，作为一个例子，在本发明的实施方 式中，可以提供 一 种胆甾液晶箔片作为独立的辐射剂量测定指示器。 此外，例如，底基板2和顶基板(或覆盖物)5可以包围中间的液晶层 3 (如图1)，并且基板2、 5的邻接表面可以以各种不同的方式彼此固 定或密封，这对本领域技术人员是很清楚的。
在另一个实施方式中，器件1设置为控制辐射光谱的哪一部分能 够到达胆甾液晶材料3。例如，胆甾液晶材料3可以完全嵌入一个或 多个适当的辐射传输阻断物和/或滤光片中或被其所包围。
在又一个实施方式中，光致异构的手性化合物可通过UV-A射线
(波长为400 nm ~ 320 nm)也可以通过UV-B射线(波长为320 nm ~ 290 nm)异构化。另夕卜，理想的是仅仅监测(例如)UV-B射线的累积照射量。 在后一种情况下，作为一个例子，覆盖物5可以包含UV-A吸收材料， 例如一种或多种适当的染料和/或涂料，以充分地阻挡UV-A辐射向胆 甾液晶材料3的传输。此外，在此情况下，覆盖物5优选设置为向液 晶层3传输至少部分入射的UV-B射线。可选择地，例如，这种液晶 层3可以包含一种或多种化合物，以阻挡或至少部分地过滤掉入射辐 射L的辐射光谱中的某些部分。在又一个实施方式中，所述器件设置为部分地过滤待监测的辐射 L (例如，过滤或吸收部分入射的UV-B辐射)，/人而可以延迟光致异 构的手性化合物的异构化。因此，可以以简单的方式调节或预先确定 器件1的灵敏度。例如，覆盖物5可以包含适当的材料(例如一种或 多种适当的染料和/或涂料)以吸收部分待监测的入射辐射L,并向液 晶层3传输该辐射的剩余部分。此外，可选择地，这种液晶层3为此 可以设置有适当的辐射吸收剂。此外，载体2和/或反射层4可以设置为至少部分地吸收或阻挡入 射辐射的光语的一个或多个部分，从而使待监测的辐射L仅能够基本 上通过相对的顶基板或覆盖物5到达液晶层3，这对本领域技术人员 是很清楚的。然而，这不是必需的，可选择地，器件l可以设置为待 监测的辐射L也能够通过底基板或载体2到达液晶层3。如图2A中所示，器件1还可以设置有色彩指示器和/或标志M 以指示和/或标记至少 一种与所述胆甾液晶材料的反射谱带有关的颜 色，例如至少在通过待监测的辐射改变胆甾液晶材料的反射谱带之 前的胆甾液晶材料的初始颜色，和/或至少在胆甾液晶材料的反射谱带 通过待监测的辐射被基本上最大化地改变之后的最终颜色。例如，色 彩指示器和/或标志M可以设置为相对于所述胆甾液晶材料(3)的光反 射语带而标定的颜色的阵列，优选为稳定的颜色，如印刷色(参见图 2),以指示在使用期间接收到的与由胆甾液晶材料3的光反射i普带改 变引起的色彩变化相关的累积辐射剂量。在又一个实施方式中，设置 了可用于标示颜色阵列M中的特定颜色的可调的指示器或指针P。器件1还可以设置与印刷的颜色阵列M和相应的累积照射剂量之间的预定关系相关的信息(未示出)。例如，这种关系可以根据经验确定， 并可以印刷在器件1上，和/或在所述器件的手册和/或包装中提供。 此外，这种信息可以包括如"低剂量"、"中等剂量，，、"高剂量，，、 "危险"的文字信息和/或相当的信息。图1 2示出了胆甾液晶材料3的使用。在使用期间，使用者(未 示出)可以分别携带、配备胆甾液晶材料3或器件1和/或在空间上位 于胆甾液晶材料3或器件1处，从而特别地监测使用者暴露于日光辐 射的照射量。器件1可以定向为使胆甾液晶层3接收到部分通过覆盖 物5传输的日光L。在本实施方式中，传输的UV辐射改变胆甾液晶 材料3的光反射谱带，从而导致图2A和2B中所示的该材料的色彩 变化。在特定的实施方式中，在上述方案基础上进一步，仅有日光光 语的一部分(例如仅有光语的UV-B部分)传输至胆甾液晶材料而引起 变色，其中其余的UV射线基本上被阻挡了 。此外，在上述方案基础 上再进一步，至少部分这种UV-B射线在该部分导致胆甾液晶材料3 转化之前被器件1吸收，例如在使用适当的吸收部分入射UV-B射线 的辐射吸收剂改变该器件的灵敏度的情况下。在监测期间，使用者能够检测由胆甾液晶材料的光反射谱带决定 的颜色，例如由胆甾液晶材料反射的光线的颜色。可以将检测到的颜 色与至少 一种预定颜色比较，例如指示累积辐射剂量的特定阀值的颜 色。在另一个实施方式中，胆甾液晶材料在待监测的辐射照射时其光 反射谱带改变至少100 nm,例如在蓝色与红色之间、绿色与红色之间 或蓝色与绿色之间改变该材料的颜色。优选地，在使用之前，器件1的使用者对液晶材料3具有的颜色 和(优选印刷的)颜色阵列M进行比较，并选4奪或标记颜色阵列M中 哪种颜色与胆甾液晶材料的颜色最接近。例如，使用者可以记住选择 的颜色阵列的颜色，和/或标记该颜色，例如用可调的指示器P，用墨 水和/或通过不同的方式进4亍标i己。
然后，在选择、记住和/或标记初始颜色之后，使用者可以使器件朝向日光取向，使日光能够到达液晶层3并能够引起层3中的光致异 构化过程，从而导致层3的反射谱带的改变。然后使用者可以开始在 适当的时候对液晶层3的颜色和颜色阵列M进行比较。这样，使用 者可以获得与他/她已经接受的累积辐射剂量相关的相对准确的信息。 当辐射剂量达到一定危险水平时，辐射诱导的液晶层3色彩变化能够 "告诉"使用者，例如通过颜色阵列M和任选的对应的信息(如上所 述)。因此，器件1提供了一种简单的指示器1，其能够显示出人的皮 肤暴露于日光紫外线的累积量，然后在达到 一 定剂量紫外线-日光之 后能够警告他/她停止日光浴或保护皮肤。器件1可以便宜地制造因而 是一次性的。此外，器件l可以是便于使用的，例如不显眼且易于读出。图3 4示出了不同于图1 ~2中所示的实施方式的第二实施方式 101,其中器件101包括辐射阻断物9，其至少可从阻断待监测的辐射 传输至所述胆甾液晶材料(3 )的特定表面区域的第 一 位置移动到使胆 甾液晶材料的该表面区域被所述辐射或至少部分辐射照射的第二位 置。例如，辐射阻断物9可以包括辐射阻挡层或箔片9，其在覆盖物 5上延伸，并至少可从覆盖物5上部分地除去。辐射阻断物9能够防 止下面的液晶材料3变色。在图3中，例如，辐射阻断物9在覆盖物 5上延伸，以基本上阻挡辐射传输到下面的胆甾液晶材料3的所有部 分。在图3中，用箭头T表示阻断物9的一部分或一段9a的移除。 图4示出了器件101,其中已经从器件101上移除了阻挡层的一部分 (9a)，从而相应的下面的液晶材料3的部分可以为了辐射监测的目的 而受到照射。例如，可以将辐射阻挡层9分成多个段，各段可以彼此 分离和移除。作为一个例子，阻挡层9可以设置弱化线10,例如穿孔 线和/或切入线，其在层9的各段之间延伸以在从器件101上除去相应 的辐射阻挡段的过程中使该辐射阻挡段能够与该层9的其余段实现所 述的分离。辐射阻断物9可以以各种不同的方式(例如使用适当的粘
合剂或适当的粘附装置)粘附到器件101,并且可以包含各种不同的材 料，这对本领域技术人员是很清楚的。可选4奪地，例如，辐射阻断物9可以为覆盖部件，其可以在下面的液晶材并牛3上或相对于液晶材冲牛3滑动和/或^:转，以连续地^吏用液 晶材料3的不同部分监测辐射。作为图5中示出的这种实施方式的一 个例子，其中阻断物9'可相对于下面的液晶材料3'(和覆盖物5')旋转 (例如绕旋转轴Z)，并且包括窗口或开口 11以向部分液晶材料3'传输辐射。图6A 6B示出了第三实施方式，其不同于图1 ~2中所示的实 施方式之处在于器件201包括至少 一个所述胆甾液晶材料3的叠层S ， 该胆甾液晶材料3至少可部分地彼此分离，叠层S还包括在胆甾液晶 材料3之间延伸的辐射阻断物2、 4,各辐射阻断物2、 4对于待监测 的辐射是不透明的。例如，在本实施方式中，上述反射层4和/或载体 2还可以起到辐射阻断物的作用。在本实施方式中，在使用期间，在 待监测的辐射照射之后叠层的部分可以移除并丟弃，因而下面的叠层 部分成为可用的。例如，在图6A中用箭头T表示除去包括顶覆盖物 5a、相应的液晶层3a和基板2a的上叠层部分。图6B中示出了除去 顶部的叠层部分之后得到的叠层S'。在得到的叠层S'中，下一个新液 晶层3b可用于接受辐射的照射。因此，使用者每次想要开始更新传 感器器件201时，他/她可以简单地^v该叠层上除去一个叠层部分，以 使新的传感器部分暴露于待监测的辐射。还是在图6的实施方式中，各个叠层部分之间的可分离的连接可 以以几种方式实现，例如使用适当的粘合剂或适当的粘附装置将一个 叠层部分的基层粘附到相继的叠层部分的覆盖物，或者使用易撕的或 易碎的粘合部件、可分离的箔片和/或弱化线、穿孔线和/或切入线叠 置相继的叠层部分，或者采用不同的方式，这对本领域技术人员是很 清楚的。此外，例如，所述叠层可以包括松散地彼此层叠且可以通过 适当的叠层支持器、容器或其它适当的支持装置支持的叠层部分。图7A 7D示出了各种设置有根据本发明的器件1的制品20的例子。在此，各器件1可以以与图1~6中所示的实施方式相似或不 同的方式设置。例如各个制品可以为衣服(例如帽子或礼帽，如图6D 中所示)、游泳衣、带子(参见图6C,例如臂带、腕带、吊带)、游泳 和/或漂浮辅助设备(参见图6B)、眼镜、玩具、消费品、可食用和/或 可饮用的产品、存储装置、容器、日光浴产品、日光浴设备、灯、遮 阳板和/或挡风板(参见图6A)、便携式制品、和/或阳伞，或不同的制 品。在一个实施方式中，器件1具有可分离地将器件1粘附和/或定位 在各制品或者使用者的身体部分或皮肤上的装置，例如，夹具、卡圏、 带子、适当的粘合剂或粘连部件和/或其它联结装置。所述液晶材料3可以包含各种不同的化合物，这对本领域技术人 员是很清楚的。如上所述，在液晶显示器件的制造中已知这种含有光 致异构的手性化合物的胆甾液晶材料3。胆甾液晶材料的例子在US 6,459,847 Bl、 US 6,723,479 B2和US 6,597,856 B2中进行了描述，这 些专利的内容以引用方式全部并入本专利申请。同样，在这些专利中 提到的各种化合物也可以用于本发明，这对本领域技术人员是很清楚 的(同时请参见下面的实施例)。具体而言，在胆甾有序液晶材料中，胆甾醇相的周期性可能受到 特别是UV照射的影响。当该周期性与进入胆甾醇层的(可见)光的波 长匹配时，光线将被反射。特别是，如上所述，这后一种现象可以有 利地被应用于根据本发明的器件1。特别是，在本实施方式中，液晶材料层3基本上不含阻止所述手 性异构化合物的光致异构过程的化合物，如在监测特定辐射期间在器 件1的正常工作条件下诱发液晶材料层3聚合和/或交联的化合物。在 优选的实施方式中，液晶材料3设置为在正常的监测条件下(如在室 温下和/或在包括室温的一定温度范围内)经紫外线(特别是UV-B射线) 照射时基本上不交联和基本上不聚合。实施例图8A~ 8D示出了可用于本发明的化合物的例子。所述化合物为
图8A中示出的E7 (源自氰基联苯的向列分子，Merck出售)、图8B 中示出的R811 (Merck)和用作光致异构的手性化合物的Philips 784-p (其具有图8C中示出的化学式)。Philips 784-p本身在例如以下出版物 中是已知的Lub，J.; TenHoeve，W.; Nijssen， W. P. M.; Wegh, R. T. "The effect of substituents on the helical twisting power of aldol condensation products of menthone", Liquid Crystals (2002)， 29(1)， 71-77; Van de Witte, Peter; Brehmer， Martin; Lub， Johan, "LCD components obtained by patterning of chiral nematic polymer layers", Journal of Materials Chemistry (1999), 9(9), 2087-2094; van de Witte， Peter; Neuteboom， EddaE.; Brehmer, Martin; Lub， Johan, "Modification of the twist angle in chiral nematic polymer films by photoisomerization of the chiral dopant", Journal of Applied Physics (1999)， 85(11)， 7517-7521; and Van de Witte, Peter; Galan, Juan Carlos; Lub, Johan, "Modification of the pitch of chiral nematic liquid crystals by means of photoisomerization of chiral dopants" Liquid Crystals (1998)， 24(6), 819-827,所述出版物一皮一见为以引用方式全部并入本申请。图8D示出了 784的照射产物或E-Z光致异构化产物的结构式。 由化合物E7、 R811和784-p的混合物提供所述用于根据本发明的器 件1的液晶层3。在此，通过使用合适的液晶混合物可以实现由蓝色 到红色、由绿色到红色、由蓝色到绿色的色彩变化和相反的色彩变化。可以通过公式1计算这样的层/混合物的反射波长在此，X为所述混合物的反射波长，htpi为各材料的所谓的螺旋扭 转力，Xi为含E7的混合物中各材料的百分数，以及n为折射率，其 在本实施例中的值大约为1.6。由公式1可以得到下面的混合物的反射波长X的公式在此，c表示由照射引起的784的光致诱导转化率的量(如果c=0，;i = +/ 784 . (1 — C)X784 + /2取* . C . x784 +鄉
则784-p没有转化为它的其它异构体，如果c^，则所有的784-p都 转化了 )。在所述混合物延长照射时，可以到达具有特定c值的光稳态。 在784和日光的情况下，c可以达到l。所述化合物的htp是已知。Htp784 (784的htp)为19 nm",htpirr(784 照射产物的htp)为2.0 nm",以及htp川(811的htp)为9.5 iLmT1。根据这些数据，可以使得所述化合物的混合物提供所需的色彩变 化。例如，2.6%的784、 25%的R811和72.4%的E7的混合物由日光 照射形成光稳态时，将使颜色由绿色变为红色。该材料混合物3可以在受到相对较低能量的辐射(例如波长大于 300 nm的辐射)照射时发生所需的色彩变化。特别是，该混合物对 UV-A和UV-B辐射都敏感。在使用期间，该混合物中的所述化合物 不会形成有害的或不希望的副产物。在监测期间，使用该混合物，液 晶材料3可以产生清洁的、对环境友好的E-Z异构化。许多其它的化合物都可以用于本发明，如用作所述光致异构的手 性化合物。例如，均二苯代乙烯和肉桂酸酯的光致异构衍生物可以在 胆甾液晶混合物中用作光致异构的手性化合物。其它例子为与784类似的化合物或衍生物或者任何类似物或变 体。后一类化合物或衍生物的例子由图9A中的通式示出。在图9A 中，例如，B为(O)p--CoH2o+l，其中o为2 12， p为O或l,或为 (O)p--(C2H4)oCH3，其中o为0 3, p为0或l; X可以为，例如 化学键、CH二CH、 C2H4、 CH20、 OCH2、 OCO、 C02; Y可以为， 例如，具有对映体过量的与环己烷基团的一个碳连接的CH3; Z可以 为，例如，CnH2n+l，其中11=0~4;以及Q和Q'可以，例如，独立 地选自H、 Cl-C3烷基、Cl-C3烷氧基、鹵素和CN。山梨醇和肉桂酸的衍生物的其它非限制性例子。在图9B中，B和B， 可以独立地为，例如，(O)p—CoH2o+l ，其中o为2 12, p为O或l, 或(0)p—(C2H4)oCH3，其中o为0 3， p为0或l; A可以表示4A或 对亚苯基；P可以表示CH2或C-O基；Q和Q'可以独立地选自H、Cl-C3烷基、Cl-C3烷氧基、卤素和CN; n和n，可以独立地为1 ~ 3 的整数；以及在m+m，为1或2的限制下，m、 111，，=0或1。此外，图9C示出了由相应的结构式表示的用作所述光致异构的 手性化合物的苯基乙二醇的衍生物的其它非限制性例子。在图9C中， 例如，B和B，可以独立地为(0)p—CoH2o+l，其中o为2 12， p为0 或1,或(0)p-(C2H4)oCH3，其中o为0 3, p为0或l; A可以表示 键或对亚苯基；P可以表示CH2或C-O基；Q和Q'可以独立地选自 H、 Cl-C3烷基、Cl-C3烷氧基、卣素和CN; n和n，可以独立地为1~ 3的整数；以及在m+m，为1或2的限制下，m、 m，，二O或l。本发明的基本思想是以前用于LCD显示器件的胆甾彩色滤光 器的材料的UV-剂量相关性可以用于制备UV指示器。例如，胆甾液 晶材料可以提供自持的辐射剂量计。胆甾液晶材料3的色彩变化量可 以用作UV辐射的累积照射量的直接尺度。这意味着材料3本身具有 以颜色来储存先前的UV辐射照射剂量的内含的存储功能。因此，在 监测辐射的累积照射量中不是必须使用单独的存储器。器件1能够显 示使用者的皮肤暴露于日光紫外线的累积量，并在达到 一 定剂量的紫 外线-日光后警告使用者停止日光浴或保护皮肤。尽管已经参照附图很详细地描述了本发明的示例性实施方式，但 应该理解，本发明并不限于那些实施方式。在不偏离如权利要求中所 限定的本发明的范围或精神的情况下，本领域的技术人员可以对本发 明做出各种不同的变化或修改。在本申请中应该理解，术语"包括"并不排除其它成分或步骤。 同样，各术语"一个(a和an)"并不排除多个的情形。权利要求书中 的任何附图标记不得解释为限制权利要求的范围。
权利要求
1、一种用于监测照射量、特别是紫外线照射量的器件，其至少包含含有光致异构化合物的胆甾液晶材料(3)，从而在使用期间当暴露于待监测的辐射时该胆甾液晶材料可以改变光反射谱带。
2、 根据权利要求1所述的器件，其中，所述胆甾液晶材料(3)由 胆甾液晶层(3)提供，并且以该胆甾有序材料分子螺旋的轴基本上横交 于层(3)延伸的方式取向，其中所述层包括包含一定量可转化化合物的 胆甾有序材料的层，该可转化化合物在其非转化态和转化态限定所述 胆甾有序材料的螺距在不同的范围，其中所述化合物的转化可以由待 监测的辐射引起。
3、 根据权利要求1或2所述的器件，其中，所述胆甾液晶材料(3) 包括含有光致异构的手性化合物的向列型液晶的混合物。
4、 根据前述权利要求中任一项所述的器件，其包含负载所述胆 甾液晶材料(3)的载体(2)。
5、 根据权利要求4所述的器件，其中，所述载体(2)具有改进表 面或层(4)，该表面或层设置有所述胆甾液晶材料(3)，从而特别地所 述改进表面或层使得光线仅由所述胆甾液晶材料(3)反射，该改进表面 或层包括例如暗层(4)。
6、 根据前述权利要求中任一项所述的器件，其包括覆盖所述胆 甾液晶材料(3)的覆盖物(5),该覆盖物(5)对待监测的辐射是至少部分透明的。
7、 根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中，所述光致异构化合物是可被紫外线异构化的。
8、 根据权利要求7所述的器件，其被设置为基本上阻断UV-A 辐射向所述胆甾液晶材料的传输。
9、 根据前述权利要求中任一项所述的器件，该器件被设置为在 待监测辐射到达所述光致异构化合物之前，过滤掉部分入射的待监测辐射。
10、 根据前述权利要求中任一项所述的器件，其包括色彩指示器 和/或标志(M)以指示和/或标记至少 一种与所述胆甾液晶材料的反射 谱带有关的颜色，例如至少在由待监测的辐射改变其反射谱带之前 所述胆甾液晶材料的初始颜色，和/或至少在其反射谱带已经基本上由 待监测的辐射最大化地改变之后胆甾液晶材料的最终颜色。
11、 根据前述权利要求中任一项所述的器件，其包括相对于所述 胆甾液晶材料(3)的光反射谱带标定的颜色阵列(M),以显示在使用期 间该器件接收到的辐射剂量，该辐射剂量与所述胆甾液晶材料(3)的光 反射谱带的改变而引起的色彩变化有关。
12、 根据前述权利要求中任一项所述的器件，其包括所述胆甾液 晶材料(3)的至少一个叠层(S),该胆甾液晶材料(3)至少部分可彼此分 离，该叠层还包括在该胆甾液晶材料(3)之间延伸的辐射阻断物(2, 4)， 各辐射阻断物(2, 4)对于待监测的辐射是不透明的。
13、 根据前述权利要求中任一项所述的器件，其包括至少可从阻 断待监测的辐射传输至所述胆甾液晶材料(3)的某表面区域的第 一位 置移向使所述胆甾液晶材料的上述表面区域受到辐射照射的第二位 置的辐射阻断物(9)。
14、 一种制品，例如衣服、游泳衣、带子、游泳和/或漂浮辅助设 备、眼镜、玩具、消费品、可食用和/或可饮用的产品、存储装置、容 器、日光浴产品、日光浴设备、灯、遮阳板和/或挡风板、便携式制品、 和/或阳伞，所述制品包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的器件。
15、 含有光致异构化合物的胆甾液晶材料在监测照射量、例如紫 外线照射量中的用途，其中，所述胆甾液晶材料(3)设置为待监测的辐 射(L)能够改变该胆甾液晶材料的光反射谱带，其中所述光反射谱带的 改变优选可目视4全测。
16、 一种例如使用根据权利要求1 ~ 13中任一项所述的器件监测 照射量、例如紫外线照射量的方法，该方法包括以下步骤-提供至少一种含有光致异构化合物、例如光致异构的手性化合 物的胆甾液晶材料(3);-定位所述胆甾液晶材料以使至少部分待监测的辐射能够到达至 少部分胆甾液晶材料，以改变胆甾液晶材料相应部分的光反射谱带；和-检测根据所述胆甾液晶材料的光反射谱带变化的颜色，例如由 该胆甾液晶材料反射的光的颜色。
17、 根据权利要求16所述的方法，其中，将检测到的由所述胆 甾液晶材料的光反射谱带决定的颜色与至少 一种预定颜色-例如与指 示特定辐射阈剂量的颜色-比较。
18、 根据权利要求16~17中任一项所述的方法，其中，在待监 测的辐射照射之后，至少胆甾液晶材料的第 一部分被除去。
19、 根据权利要求16~18中任一项所述的方法，其中，使用者 携带、配备所述胆甾液晶材料(3)和/或在空间上位于所述胆甾液晶材 料(3)处，以特别地监测使用者的太阳辐射的照射量。
20、 根据权利要求16~18中任一项所述的方法，其中，当由待 监测的辐射照射时，所述胆甾液晶改变其光反射谱带至少100 nm，例 如在蓝色与红色之间、绿色与红色之间或蓝色与绿色之间改变其光反射谱带。
21、 一种胆甾液晶材料，其包含光致异构化合物、例如光致异构合物在室温下的光致异构化过程的化合物，从而使所述材料在室温下 的照射能够引起该材料的反射谱带的改变。
22、 根据权利要求21所述的胆甾液晶材料，其中，所述光致异 构化合物可由紫外线、特别是由UV-B辐射异构化，从而引起该材料 的反射傳带的改变。
23、 图9A中表示的至少一种手性异构化合物，特别作为光致异 构化合物在根据权利要求1 ~ 13中任一项所述的器件、根据权利要求 15所述的用途、根据权利要求16~20中任一项所述的方法和/或根据 权利要求21或22所述的材料中的用途，其中例如國B选自(O)p画-CoH2o+l ，o为2 12,p为0或l,或 (0)p-(C2H4)oCH3 ， o为0 ~ 3, p为0或l;-X为化学4建，或选自CH=CH、 C2H4、 CH20、 OCH2、 OCO、 C02;-Y选自与环己烷基团的一个碳连接的具有对映体过量的CH3; -Z选自CnH2n+l，其中11=0~4;和/或画Q和Q'独立地选自H、 Cl-C3烷基、C1画C3烷氧基、卣素和CN。
24、 图9B中表示的至少一种手性异构化合物，特别作为光致异 构化合物在根据权利要求1 ~ 13中任一项所述的器件、根据权利要求 15所述的用途、根据权利要求16~20中任一项所述的方法和/或根据 权利要求21或22所述的材料中的用途，其中例如-B和B，独立地选自(0)p—CoH2o+l， o为2 12, p为0或l，或 (0)p画(C2H4)oCH3，。为0~3, p为0或l; -A选自键或对亚苯基； -P选自CH2或C-O基团；匿Q和Q'独立地选自H、 Cl-C3烷基、Cl-C3烷氧基、卣素和CN;和/或-n和n，独立地为1 ~ 3的整数；并且在m+m，为1或2的限制下， m、 m，，=0或1 。
25、 图9C中表示的至少一种手性异构化合物，特别作为光致异 构化合物在根据权利要求1 ~ 13中任一项所述的器件、根据权利要求 15所述的用途、根据权利要求16 20中任一项所述的方法和/或根据 权利要求21或22所述的材^F中的用途，其中例如-B和B，独立地选自(0)p—CoH2o+l， o为2~ 12, p为0或l,或 (0)p-(C2H4)oCH3， o为0 ~ 3， p为0或l; -A选自键或对亚苯基； -P选自CH2或C-O基团；-Q和Q'独立地选自H、 Cl-C3烷基、Cl-C3烷氧基、卤素和CN;和/或-n和n，独立地为1~3的整数；并且在m+m，为l或2的限制下， m、 m，，=0或1 。
26、 图8C中表示的Philips 784-p，特别作为光致异构化合物在根 据权利要求1 ~ 13中任一项所述的器件、根据权利要求15所述的用　途、根据权利要求16~ 20中任一项所述的方法和/或根据权利要求21或22所述的材料中的用途。
全文摘要
本发明提供了一种用于监测辐射(L)、特别是紫外线辐射照射量的器件(1)，其至少包含含有光致异构化合物的胆甾液晶材料(3)，从而在使用期间当暴露于待监测的辐射时该胆甾液晶材料(3)的光反射谱带可以发生改变。本发明还提供了一种用于监测照射量的方法。
文档编号G01J1/42GK101400975SQ200780008246
公开日2009年4月1日 申请日期2007年2月28日 优先权日2006年3月9日
发明者E·J·梅杰尔, J·卢布 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司