基于电泳粒子系统的可切换光栅技术方案

可切换光学部件（１０）包括形成腔体（１４）的衬底（１８）。该衬底（１８）配置有与该腔体相邻的结构化表面（２４，２６），并且该衬底具有第一折射率。流体（１６）与该结构化表面接触。粒子（１２）可选择性地分散在所述流体中，从而该流体中的粒子的第一浓度使得所述结构化表面能够提供光学效应，并且该流体中的粒子的第二浓度禁止该光学效应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于电泳粒子系统的可切换光栅本公开涉及可切换光学设备，并且更特别地涉及采用电泳粒子以选 择性地改变折射率的可切换光栅设备。电泳系统作为用于显示设备的可切换光层已经得到广泛的应用。电泳系统的实例包括由？1^^8@和E-Ink②在Sony Libried电子阅读器中制 造的黑白电子纸显示设备，和针对标志应用的平面内可切换电泳显示 器。在所有情况下，电泳系统中的粒子用于吸收光闸(optical shutter) 配置中(反射或透射配置中)的(部分)光。根据本专利技术的原理，电泳系统的^U艮少利用的光学特性在于电泳粒 子作为可切换衍射光学部件而工作的能力。在大多数情况下，这个性质 因电泳系统的吸收、反射或散射性质而黯然失色。然而，如吸收一样， 这些粒子由具有不同于用于悬浮或携带粒子的溶剂的折射率的材料构 成。因此，可以通过局部地集中粒子来产生流体的有效折射率的局部变 化。为了说明折射光学是可能发生的，本专利技术人已经建立了实验系统， 其中利用了粒子的折射性质以创建可切换光学设备，在一个实例中，该 可切换光学设备是可切换光栅。在该实例中，为了研究折射性质，排除 了吸收。举例来说，选择具有含已知吸收区域的吸收光谱的品红粒子， 从而使得该吸收区域可以被避免。通过采用小尺寸的品红粒子( 100nm) 来避免散射。还提供了光路的足够变化(例如dxAn,其中An是折射率 差)。厚层的浓悬浮液为大的光程差提供了潜力。在一个说明性实施例中，可切换光学部件包括形成腔体的衬底。该 衬底配置有与所述腔体相邻的结构化表面，并且该衬底具有第一折射 率。流体与结构化表面接触。粒子可选择性地分散在流体中，从而流体 中的粒子的第 一 浓度使得结构化表面能够提供光学效应，并且流体中的 粒子的第二浓度禁止该光学效应。在另一个实施例中，用于操作可切换光学部件的方法包括提供具 有形成腔体的衬底的平面内电泳设备，其中该衬底配置有与该腔体相邻的光栅面形(grating profile)并且该衬底具有第一折射率；使得该光栅 面形与流体接触；以及选择性地将粒子分散在流体中，从而流体中的粒 子的第 一 浓度使得光栅面形能够提供光学效应并且粒子的第二浓度禁 止该光学效应。根据下面对结合附图阅读的本公开的说明性实施例的详细描述，本 公开的这些和其他目的、特征和优点将变得清楚明白。本公开下面将参照附图来详细地呈现优选实施例的描述，其中附图说明图1A是根据一个实施例的具有平面内切换电泳机构的可切换衍射 光学设备的截面视图，所述电泳机构使用在腔体的同一侧上的电极来分 散粒子并且提供折射率差以允许衍射；图1B是根据该实施例的图1A的可切换衍射光学设备的截面视图， 其示出在网格(grid)面形区域之外横向聚集的粒子；图2A是根据另一个实施例的具有平面内切换电泳机构的另一个可 切换衍射光学设备的截面视图，所述电泳机构使用在腔体的相对侧上的 电极来分散粒子并且提供折射率差以允许衍射；图2B是根据该实施例的图2A的可切换衍射光学设备的截面视图， 其示出在均匀层中通过网格面形区域聚集的粒子；图3A是根据另 一个实施例的具有平面内切换电泳机构的另 一个可 切换衍射光学设备的截面视图，所述电泳机构使用在腔体的相对侧上的 电极来分散粒子以便填充网格面形中的空间，从而提供折射率差以允许 衍射；图3B是根据该实施例的图3A的可切换衍射光学设备的截面视图， 其示出在层中通过网格面形区域聚集的粒子；面视图，其示出由于电极间隔引i的衍射图样:〃 '、"、''图4B是根据另一个实施例的图4A的设备的截面视图，其中交替的 电极具有非零电压以在流体中建立无粒子区域，从而产生折射率差以允 许书f射；以及图5是示出根据本专利技术原理的用于操作可切换光学部件的说明性方 法的流程图。应当理解的是，将针对电泳显示设备来描述本专利技术；然而，本专利技术 的教导要宽泛得多并且适用于可采用可调节折射率以提供光学效应的 任何部件，比如衍射光栅或其他可切换折射率的设备。这里所描述的实 施例优选地使用平版印刷(lithography)来定位和处理，并且因此才艮据 所选的光刻工艺的适用的精度来定位。应当指出的是，照相平版印刷 (photolithographic)处理是优选的但仅仅是说明性的。还可以采用其他 处理技术。还应当理解的是，可切换衍射光栅的说明性实例可以适于包括附加择这些^栅的操作^t式:这i部件可以与衬底形成整体:'i;安装在衬 底上，或者在其他部件中或其他部件上提供。衍射光栅可以与其他未与 该衍射光栅形成整体的设备一起使用。附图中所描绘的元件可以在硬件 的各种组合中实现并且提供可以在单个元件或多个元件中结合的功能。 根据特别有用的实施例，可以基于电泳粒子系统和预制的腔体来提 供明确限定的可切换光栅。光栅的操作基于具有不同于流体(液体或气 体)的折射率的粒子的运动，其中粒子悬浮在该流体中。所述粒子优选 地是电泳的并且因此依赖于电压或其他运动诱发机制而被吸引或排斥。 在一种配置中，所述流体和形成腔体的材料具有相同的或基本相同的折射率(例如在大约2%之内)，从而当移除粒子时，该设备不会像光栅一样工作。通过将粒子移动到所述腔体中的流体内，流体与相邻于该腔 体的材料具有不同的折射率并且该设备像光栅一样工作。这种可切换光 栅的一些应用包括光学存储、光束重定向、光学内/外耦合、分光/照明(将 白色光分离为其组成颜色)等等。这种可切换光栅的一个优点是，它不依赖于偏振光(对于现有技术可切换液晶(LC )光栅来说，情况就是这样) 并且因此光效高得多。现在参照附图(其中相同的附图标记代表相同的或相似的元件)并 且首先参照图1A和图1B，其示出根据一个说明性实施例的可切换光栅 10。光栅10从图1B中的明确限定的第一状态(例如非光栅状态)切换 到图1A中的明确限定的第二光栅强度状态。该光栅设备IO基于电泳粒 子系统，其中粒子12出现在预制的腔体14中。光栅IO基于流体(液 体或气体)16中的粒子12的运动而运行，其中粒子14和流体16具有 不同的折射率。优选地，设备10在两种明确限定的状态或配置下运行动而形成衍射光栅。这里所公开的实施例通过改变流体16中的粒子浓度来局部地改变折射率。在实际应用中，粒子12的浓 度可以从0重量百分比变化到大约60重量百分比(或更多)，并且这 可以给出非常大的折射率变化。应当理解的是，根据设计和应用，具有 平衡粒子浓度的流体的折射率可以是与周围材料匹配的折射率以提供 第一状态，而非平衡粒子浓度提供第二状态(反之亦然)。通过在电极20或设备上聚集所有粒子并且从电极22排斥粒子来获 得低粒子浓度。以此方式，腔体14中其他地方的浓度可以低至0。例如， 在第一状态下(图1B),实际上在腔体14中的流体16中不存在粒子(例 如，大约0重量百分比)。流体16和形成腔体14的周围材料18可以 具有相同的折射率，从而使得在没有粒子12的情况下，设备10不像光 栅一样运行。在聚集电极20处或其附近可以获得高的粒子浓度。在第二状态下(图1A)，通过移动粒子14或者允许粒子以均匀的 方式达到平衡而进入腔体14中的流体16中，腔体14中的流体16和粒 子12实现不同于材料18的折射率，并且设备IO像光栅一样运行。可替代地，应当理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可切换光学部件，包括：　衬底（１８），其形成腔体（１４），该衬底配置有与该腔体相邻的结构化表面（２４，２６）并且该衬底具有第一折射率；　流体（１６），其与所述结构化表面接触；以及　粒子（１２），其选择性地分散在所述流体 中，从而该流体中的粒子的第一浓度使得所述结构化表面能够提供光学效应并且该流体中的粒子的第二浓度禁止该光学效应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MT约翰逊，SJ鲁森达尔，PJ贝斯乔，DKG德博尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]