專(zhuān)利名稱(chēng)：基于電泳粒子系統(tǒng)的可切換光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及可切換光學(xué)設(shè)備，并且更特別地涉及采用電泳粒子以選擇性地改變折射率的可切換光柵設(shè)備。
背景技術(shù)：
電泳系統(tǒng)作為用于顯示設(shè)備的可切換光層已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。電泳系統(tǒng)的實(shí)例包括由Philips 和E-hk 在Son/ Libried電子閱讀器中制造的黑白電子紙顯示設(shè)備，和針對(duì)標(biāo)志應(yīng)用的平面內(nèi)可切換電泳顯示器。在所有情況下，電泳系統(tǒng)中的粒子用于吸收光閘(optical shutter)配置中(反射或透射配置中)的(部分)光。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的原理，電泳系統(tǒng)的被很少利用的光學(xué)特性在于電泳粒子作為可切換衍射光學(xué)部件而工作的能力。在大多數(shù)情況下，這個(gè)性質(zhì)因電泳系統(tǒng)的吸收、反射或散射性質(zhì)而黯然失色。然而，如吸收一樣，這些粒子由具有不同于用于懸浮或攜帶粒子的溶劑的折射率的材料構(gòu)成。因此，可以通過(guò)局部地集中粒子來(lái)產(chǎn)生流體的有效折射率的局部變化。為了說(shuō)明折射光學(xué)是可能發(fā)生的，本發(fā)明人已經(jīng)建立了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其中利用了粒子的折射性質(zhì)以創(chuàng)建可切換光學(xué)設(shè)備，在一個(gè)實(shí)例中，該可切換光學(xué)設(shè)備是可切換光柵。在該實(shí)例中，為了研究折射性質(zhì)，排除了吸收。舉例來(lái)說(shuō)，選擇具有含已知吸收區(qū)域的吸收光譜的品紅粒子，從而使得該吸收區(qū)域可以被避免。通過(guò)采用小尺寸的品紅粒子廣IOOnm)來(lái)避免散射。還提供了光路的足夠變化(例如dXAn，其中Δη是折射率差)。厚層的濃懸浮液為大的光程差提供了潛力。在一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例中，可切換光學(xué)部件包括形成腔體的襯底。該襯底配置有與所述腔體相鄰的結(jié)構(gòu)化表面，并且該襯底具有第一折射率。流體與結(jié)構(gòu)化表面接觸。粒子可選擇性地分散在流體中，從而流體中的粒子的第一濃度使得結(jié)構(gòu)化表面能夠提供光學(xué)效應(yīng)，并且流體中的粒子的第二濃度禁止該光學(xué)效應(yīng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，用于操作可切換光學(xué)部件的方法包括提供具有形成腔體的襯底的平面內(nèi)電泳設(shè)備，其中該襯底配置有與該腔體相鄰的光柵面形(grating profile) 并且該襯底具有第一折射率；使得該光柵面形與流體接觸；以及選擇性地將粒子分散在流體中，從而流體中的粒子的第一濃度使得光柵面形能夠提供光學(xué)效應(yīng)并且粒子的第二濃度禁止該光學(xué)效應(yīng)。


根據(jù)下面對(duì)結(jié)合附圖閱讀的本公開(kāi)的說(shuō)明性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本公開(kāi)的這些和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚明白。本公開(kāi)下面將參照附圖來(lái)詳細(xì)地呈現(xiàn)優(yōu)選實(shí)施例的描述，其中
圖IA是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有平面內(nèi)切換電泳機(jī)構(gòu)的可切換衍射光學(xué)設(shè)備的截面視圖，所述電泳機(jī)構(gòu)使用在腔體的同一側(cè)上的電極來(lái)分散粒子并且提供折射率差以允許衍射；
圖IB是根據(jù)該實(shí)施例的圖IA的可切換衍射光學(xué)設(shè)備的截面視圖，其示出在網(wǎng)格 (grid)面形區(qū)域之外橫向聚集的粒子；
圖2A是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的具有平面內(nèi)切換電泳機(jī)構(gòu)的另一個(gè)可切換衍射光學(xué)設(shè)備的截面視圖，所述電泳機(jī)構(gòu)使用在腔體的相對(duì)側(cè)上的電極來(lái)分散粒子并且提供折射率差以允許衍射；
圖2B是根據(jù)該實(shí)施例的圖2A的可切換衍射光學(xué)設(shè)備的截面視圖，其示出在均勻?qū)又型ㄟ^(guò)網(wǎng)格面形區(qū)域聚集的粒子；
圖3A是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的具有平面內(nèi)切換電泳機(jī)構(gòu)的另一個(gè)可切換衍射光學(xué)設(shè)備的截面視圖，所述電泳機(jī)構(gòu)使用在腔體的相對(duì)側(cè)上的電極來(lái)分散粒子以便填充網(wǎng)格面形中的空間，從而提供折射率差以允許衍射；
圖3B是根據(jù)該實(shí)施例的圖3A的可切換衍射光學(xué)設(shè)備的截面視圖，其示出在層中通過(guò)網(wǎng)格面形區(qū)域聚集的粒子；
圖4A是在發(fā)明人所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中使用的可切換衍射光學(xué)設(shè)備的截面視圖，其示出由于電極間隔引起的衍射圖樣；
圖4B是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的圖4A的設(shè)備的截面視圖，其中交替的電極具有非零電壓以在流體中建立無(wú)粒子區(qū)域，從而產(chǎn)生折射率差以允許衍射；以及
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明原理的用于操作可切換光學(xué)部件的說(shuō)明性方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式應(yīng)當(dāng)理解的是，將針對(duì)電泳顯示設(shè)備來(lái)描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明的教導(dǎo)要寬泛得多并且適用于可采用可調(diào)節(jié)折射率以提供光學(xué)效應(yīng)的任何部件，比如衍射光柵或其他可切換折射率的設(shè)備。這里所描述的實(shí)施例優(yōu)選地使用平版印刷(lithography)來(lái)定位和處理，并且因此根據(jù)所選的光刻工藝的適用的精度來(lái)定位。應(yīng)當(dāng)指出的是，照相平版印刷 (photolithographic)處理是優(yōu)選的但僅僅是說(shuō)明性的。還可以采用其他處理技術(shù)。還應(yīng)當(dāng)理解的是，可切換衍射光柵的說(shuō)明性實(shí)例可以適于包括附加的電子部件， 這些電子部件可以采用由這些光柵衍射的光或可以輔助選擇這些光柵的操作模式。這些部件可以與襯底形成整體，或者安裝在襯底上，或者在其他部件中或其他部件上提供。衍射光柵可以與其他未與該衍射光柵形成整體的設(shè)備一起使用。附圖中所描繪的元件可以在硬件的各種組合中實(shí)現(xiàn)并且提供可以在單個(gè)元件或多個(gè)元件中結(jié)合的功能。根據(jù)特別有用的實(shí)施例，可以基于電泳粒子系統(tǒng)和預(yù)制的腔體來(lái)提供明確限定的可切換光柵。光柵的操作基于具有不同于流體(液體或氣體)的折射率的粒子的運(yùn)動(dòng)，其中粒子懸浮在該流體中。所述粒子優(yōu)選地是電泳的并且因此依賴(lài)于電壓或其他運(yùn)動(dòng)誘發(fā)機(jī)制而被吸引或排斥。在一種配置中，所述流體和形成腔體的材料具有相同的或基本相同的折射率(例如在大約洲之內(nèi))，從而當(dāng)移除粒子時(shí)，該設(shè)備不會(huì)像光柵一樣工作。通過(guò)將粒子移動(dòng)到所述腔體中的流體內(nèi)，流體與相鄰于該腔體的材料具有不同的折射率并且該設(shè)備像光柵一樣工作。這種可切換光柵的一些應(yīng)用包括光學(xué)存儲(chǔ)、光束重定向、光學(xué)內(nèi)/外耦合、分光/照明(將白色光分離為其組成顏色)等等。這種可切換光柵的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它不依賴(lài)于偏振光(對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)可切換液晶(LC)光柵來(lái)說(shuō)，情況就是這樣)并且因此光效高得多?，F(xiàn)在參照附圖(其中相同的附圖標(biāo)記代表相同的或相似的元件)并且首先參照?qǐng)D IA和圖1B，其示出根據(jù)一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例的可切換光柵10。光柵10從圖IB中的明確限定的第一狀態(tài)(例如非光柵狀態(tài))切換到圖IA中的明確限定的第二光柵強(qiáng)度狀態(tài)。該光柵設(shè)備10基于電泳粒子系統(tǒng)，其中粒子12出現(xiàn)在預(yù)制的腔體14中。光柵10基于流體(液體或氣體)16中的粒子12的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)行，其中粒子14和流體16具有不同的折射率。優(yōu)選地， 設(shè)備10在兩種明確限定的狀態(tài)或配置下運(yùn)行以基于橫向粒子運(yùn)動(dòng)而形成衍射光柵。這里所公開(kāi)的實(shí)施例通過(guò)改變流體16中的粒子濃度來(lái)局部地改變折射率。在實(shí)際應(yīng)用中，粒子 12的濃度可以從0重量百分比變化到大約60重量百分比(或更多)，并且這可以給出非常大的折射率變化。應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用，具有平衡粒子濃度的流體的折射率可以是與周?chē)牧掀ヅ涞恼凵渎室蕴峁┑谝粻顟B(tài)，而非平衡粒子濃度提供第二狀態(tài)(反之亦然)。通過(guò)在電極20或設(shè)備上聚集所有粒子并且從電極22排斥粒子來(lái)獲得低粒子濃度。以此方式，腔體14中其他地方的濃度可以低至0。例如，在第一狀態(tài)下(圖1B)，實(shí)際上在腔體14中的流體16中不存在粒子(例如，大約0重量百分比)。流體16和形成腔體14 的周?chē)牧?8可以具有相同的折射率，從而使得在沒(méi)有粒子12的情況下，設(shè)備10不像光柵一樣運(yùn)行。在聚集電極20處或其附近可以獲得高的粒子濃度。在第二狀態(tài)下(圖1A)，通過(guò)移動(dòng)粒子14或者允許粒子以均勻的方式達(dá)到平衡而進(jìn)入腔體14中的流體16中，腔體14中的流體16和粒子12實(shí)現(xiàn)不同于材料18的折射率， 并且設(shè)備10像光柵一樣運(yùn)行?？商娲?，應(yīng)當(dāng)理解的是，如果流體16中所得到的粒子濃度使得在具有粒子的流體與周?chē)牧?8之間具有基本相同的折射率，則圖IA所示的平衡狀態(tài)可以充當(dāng)非光柵狀態(tài)。類(lèi)似地，在該可替代實(shí)施例中，由于流體16和周?chē)牧?8可以具有不同的折射率，所以圖IB中的配置可以充當(dāng)光柵。也可以考慮其他的實(shí)施例和配置(比如腔體形狀、粒子的尺寸和類(lèi)型以及不同的流體類(lèi)型)。流體16內(nèi)的粒子12的分布可以以多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，電極20和 22形成在襯底15上(隨同電路(未示出))以激活并控制電極20、22?？梢越o電極20通電以吸引或排斥粒子12從而將粒子12從光柵區(qū)域移除(圖1B)。在運(yùn)行期間，給光柵電極22 通電以吸引粒子進(jìn)入光柵區(qū)域。隨后，交替地給電極20和22通電以將粒子分散在流體16 中?？商娲?，可以允許通過(guò)自然方式(比如布朗運(yùn)動(dòng))或其他強(qiáng)制方式(例如通過(guò)振動(dòng)、溫度變化或其他機(jī)械力)來(lái)分配(disburse)粒子。材料18優(yōu)選地形成在結(jié)構(gòu)化表面內(nèi)，該結(jié)構(gòu)化表面比如具有突起M和凹槽沈的光柵面形。結(jié)構(gòu)化表面還可以包括棱鏡或其他光學(xué)元件。突起M和凹槽26被配置成具有與被衍射的光的波長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)的預(yù)定間距。在一個(gè)實(shí)施例中，流體16的折射率可以與襯底或材料18的折射率基本相同，其中凹槽沈形成于該襯底或材料18中。隨后，可以將粒子12 引入到流體16中以修改折射率。在圖IA和圖IB的實(shí)施例中，粒子12以通過(guò)改變?cè)诙鄠€(gè)橫向分離的電極20和22中的一個(gè)或多個(gè)上的電壓而誘導(dǎo)的橫向運(yùn)動(dòng)行進(jìn)。該橫向運(yùn)動(dòng)的特征通常在于箭頭“A”的方向。當(dāng)然，粒子12也在垂直于箭頭“A”的方向上運(yùn)動(dòng)，但是為了便于參照，對(duì)于該實(shí)施例，粒子12將被描述為橫向地或沿著襯底15的主軸移動(dòng)。所述平面內(nèi)電場(chǎng)將粒子移動(dòng)到腔體14內(nèi)?？梢栽诓祭蔬\(yùn)動(dòng)的影響下或可替代地通過(guò)將小AC信號(hào)施加到電極以混合粒子，來(lái)將粒子12分布在腔體的各處。在該實(shí)施例中， 對(duì)具有第一折射率的粒子在不同折射率的流體中的布置進(jìn)行重新分布，使用了在橫向方向上沿著設(shè)備10的主軸的粒子運(yùn)動(dòng)。腔體14具有光柵的形式，這是因?yàn)榍惑w14包括突起M 和凹槽沈(例如具有明確限定的橫向間隔)。由于突起M和凹槽沈引起的具有不同高度的區(qū)域?qū)е峦ㄟ^(guò)設(shè)備10的不同的光程(以及因此衍射度)，同時(shí)它們的橫向間隔限定了衍射光束將從光柵中出射的角度?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明原理的一種設(shè)備可以包括多個(gè)彼此橫向地相鄰設(shè)置的這樣的腔體14，比如陣列形式的腔體?？商娲?，多個(gè)腔體可以堆疊在彼此上面。這些腔體/設(shè)備可以單獨(dú)地或共同地切換。根據(jù)本發(fā)明原理的可切換光柵可以用于光學(xué)存儲(chǔ)、衍射、光束重定向、光學(xué)內(nèi)/外耦合、分光/照明(將白色光分離為其組成顏色)或任何其他應(yīng)用。有利地，可切換光柵10 不依賴(lài)于偏振光以提供衍射并且因此光效高得多。參照?qǐng)D2A和圖2B，其說(shuō)明性地示出了具有垂直的粒子運(yùn)動(dòng)的光柵100。在該實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)具有第一折射率的粒子12在預(yù)制腔體14中的不同折射率的流體16中的布置進(jìn)行重新分布，來(lái)形成可切換光柵100。粒子的運(yùn)動(dòng)通常是在垂直于襯底15的主軸的方向上。通常，該垂直運(yùn)動(dòng)的特征在于箭頭“B”的方向。當(dāng)然，粒子12也可以在垂直于箭頭“B” 的方向上運(yùn)動(dòng)，但是為了便于參照，對(duì)于該實(shí)施例，粒子12將被描述為垂直地運(yùn)動(dòng)。腔體14具有光柵的形式并且包括具有明確限定的橫向間隔的突起M和凹槽26。 襯底18上具有不同高度的區(qū)域?qū)е峦ㄟ^(guò)所述設(shè)備的不同的光程(以及因此衍射度)，同時(shí)它們的橫向間隔限定了衍射光束將從光柵中出射的角度?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明原理的一個(gè)設(shè)備可以包括多個(gè)彼此橫向地相鄰設(shè)置的這樣的腔體，比如陣列形式的腔體?？商娲兀鄠€(gè)腔體可以堆疊在彼此上面。這些腔體可以單獨(dú)地或共同地切換。在一個(gè)實(shí)施例中，流體16的折射率與襯底18的折射率基本相同，在圖2B中腔體 14形成在該襯底18上。在這種情況下，分布的粒子12沿著腔體14的底面設(shè)置，從而導(dǎo)致流體中粒子的低的濃度。在該實(shí)例中，由此實(shí)現(xiàn)沒(méi)有衍射光柵的光學(xué)設(shè)備，如圖2B所示。為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的衍射光柵，將粒子12分布在流體16中，由此修改折射率并且建立如圖2A所示的光柵。如圖2B所示，粒子12位于底電極102上或其附近以形成均勻?qū)?05，該均勻?qū)?05 優(yōu)選地形成在襯底15的平坦表面上。在所示的這個(gè)實(shí)例中，在腔體14的所述平坦的(底) 表面上粒子形成均勻厚度的層105，由此流體16保持具有不同于襯底18的折射率的光柵形式。這可以通過(guò)調(diào)節(jié)或設(shè)置底電極102或頂電極104的電壓從而將粒子驅(qū)動(dòng)到底電極102 來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)希望將所述設(shè)備切換到衍射光柵時(shí)，通過(guò)改變垂直分離的電極102和/或104 中的一個(gè)或兩個(gè)上的電壓來(lái)誘導(dǎo)粒子運(yùn)動(dòng)?？梢郧袚Q或交替改變電壓以提供粒子12在腔體14中的隨機(jī)化分布并且導(dǎo)致入射光的衍射?？商娲兀缟纤?，應(yīng)當(dāng)理解的是，如果低粒子濃度流體16與襯底18不匹配，并且具有粒子12的高粒子濃度流體16 (圖2A)與襯底18匹配，則可以在圖2B的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)光柵。
參照?qǐng)D3A和圖3B，衍射光柵200包括具有流體16和粒子12的腔體14。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)粒子12在腔體14的平坦(底)表面上形成均勻厚度的層205時(shí)，在圖:3B中實(shí)現(xiàn)了衍射光柵。通過(guò)將電壓施加到底電極102和/或頂電極104來(lái)控制粒子12。為了改變或移除光柵，將粒子12分布在流體16中以修改折射率分布并且改變光柵的強(qiáng)度。在圖3A 的實(shí)例中，粒子12被移動(dòng)到形成在襯底18中的結(jié)構(gòu)化上表面，通過(guò)改變垂直分離的電極的電極102和104中的一個(gè)或兩個(gè)上的電壓來(lái)誘導(dǎo)粒子12的運(yùn)動(dòng)。在圖3A所示的實(shí)例中， 粒子12在腔體14的結(jié)構(gòu)化(上)表面上形成層202。例如，如果在流體16中的致密粒子12 的平均折射率與襯底18的折射率相似，并且粒子12填充光柵結(jié)構(gòu)(例如突起M和凹槽沈) 之間的間隔并且有效地平面化該表面，則光柵的作用將減少或被移除?？商娲?，應(yīng)當(dāng)理解的是，如果至少粒子12 (以及可能還有流體16)的折射率與襯底18不匹配，則在圖3A的狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)光柵。如果圖:3B中的流體16與襯底18匹配， 則可以實(shí)現(xiàn)非光柵配置。在本發(fā)明的實(shí)施例中，關(guān)于匹配的或不匹配的折射率流體和具有粒子濃度的流體的不同的改變是可能的。例如可以調(diào)節(jié)流體、襯底和粒子的折射率以實(shí)現(xiàn)所希望的光學(xué)效應(yīng)。在一些實(shí)施例中，可以考慮其中粒子的折射率超過(guò)流體的折射率的系統(tǒng)。例如，可以在油中使用折射率大約為2. 70 (Retile)或2. 55 (Anastasia)的小的、非散射的氧化鈦粒子，所述油比如折射率為1.42的十二烷?？商娲?，可以采用其中粒子的折射率小于流體的折射率的系統(tǒng)。例如，可以在油中使用小型中空的、填充空氣的具有大約1. 1-1. 2的折射率的粒子，所述油比如折射率為1.42的十二烷、聯(lián)苯(n=1.59)、苯基萘(n=1.67)、溴苯 (n=l. 56)、氯代萘(choloronaphthalene) (n=l. 63)、溴代萘(η=1· 64)、甲氧基萘(η=1· 69)、 多溴芳烴(polybromoaromatics)、多溴烷烴(probromoalkanes)等等。此外，不必使用基于油的液體粒子系統(tǒng)。也可以考慮(與適當(dāng)?shù)牧Ｗ咏Y(jié)合的)水、像水一樣的流體或其他流體。 如上所述，可以通過(guò)多種不同的機(jī)制傳輸粒子。雖然可以使用電壓，但是除了電學(xué)機(jī)制或者取代電學(xué)機(jī)制的是，也可以使用其他傳輸機(jī)制。例如，粒子的傳輸機(jī)制可以包括介電電泳、電動(dòng)流體力學(xué)、電滲等等。當(dāng)粒子基于誘導(dǎo)的偶極移動(dòng)到或遠(yuǎn)離具有高場(chǎng)強(qiáng)的區(qū)域時(shí)，發(fā)生介電電泳。電極設(shè)計(jì)可以適于提供粒子的所希望的運(yùn)動(dòng)，并且可以采用所施加的場(chǎng)的頻率以使粒子到處移動(dòng)。電動(dòng)流體力學(xué)是覆蓋由電場(chǎng)引起的流體中所有種類(lèi)的粒子運(yùn)動(dòng)的一般術(shù)語(yǔ)，并且電滲是由電場(chǎng)引起的極性液體通過(guò)膜的運(yùn)動(dòng)。還應(yīng)當(dāng)理解的是，要被衍射的單色光或其他光可以從頂部到底部或從底部到頂部 (在圖1-3中)地通過(guò)設(shè)備。襯底15和/或18和所附電極需要提供透明度和適當(dāng)?shù)恼凵渎室源龠M(jìn)有效的運(yùn)行。在圖4A和圖4B示意性描繪的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)明人演示了本發(fā)明的原理。所述實(shí)驗(yàn)表明，可以使用非偏振光學(xué)來(lái)提供有效的電泳光學(xué)部件。參照?qǐng)D4A，使用紅色激光器來(lái)產(chǎn)生 690nm的光302。光302通過(guò)襯底318和填充液體的腔體314，該腔體314填充了十二烷和品紅粒子廣IOOnm的尺寸)。流體中的品紅粒子包括高折射率(n2)，其大于沒(méi)有粒子的單獨(dú)的流體的折射率(nl)。交叉指型(inter-digitated)電極305均勻地分散在第二襯底315 上。衍射圖樣330作為電極305的圖樣的結(jié)果而被實(shí)現(xiàn)。參照?qǐng)D4B，當(dāng)交替變化的零電壓-非零電壓模式施加到電極305時(shí)，從非零正電壓電極(用“ + ”標(biāo)記指定)周?chē)捏w積移除粒子，從而導(dǎo)致折射率的差異。在衍射圖樣332中附加的衍射光斑是可見(jiàn)的，因此表明無(wú)粒子區(qū)域322造成這些額外的衍射光斑。所述實(shí)驗(yàn)表明，雖然光柵的快速切換是可實(shí)現(xiàn)的(例如，大約1-10秒)，但是額外的衍射光斑的強(qiáng)度的改變作為干涉的最大值和最小值而產(chǎn)生(作為通過(guò)整數(shù)數(shù)量的波長(zhǎng)而增加的延遲)。參照?qǐng)D5，其說(shuō)明性地示出了用于操作可切換光學(xué)部件的方法。在方框402中，提供具有平面內(nèi)電泳設(shè)備(或其他粒子分散系統(tǒng))的光學(xué)部件。在一個(gè)實(shí)施例中，所述設(shè)備包括形成腔體的襯底。該襯底配置有與該腔體相鄰的光柵面形或結(jié)構(gòu)化表面，并且該襯底具有第一折射率。在方框406中，光柵面形與其中具有粒子的流體接觸。這可以作為設(shè)備的制造/組裝的結(jié)果，或者可以在設(shè)備的運(yùn)行期間控制流體水平。在任何情況下，流體都與結(jié)構(gòu)化表面的光柵面形接觸。在方框410中，將粒子選擇性地分散在流體中。所述流體和粒子具有至少兩種狀態(tài)(附加的狀態(tài)也是可能的)。一種狀態(tài)包括與襯底的第一折射率相同或基本相同的折射率，而另一種狀態(tài)包括對(duì)應(yīng)流體和粒子的與第一折射率不同的折射率。當(dāng)粒子處于所述狀態(tài)之一時(shí)，光柵面形衍射入射光，而處于另一種狀態(tài)時(shí)，光柵面形不產(chǎn)生衍射。根據(jù)具體的情況，這些不同的折射率可能更高或更低。當(dāng)流體和粒子處于第一配置(第一濃度)時(shí)，光柵面形衍射入射光或者對(duì)入射光造成光學(xué)效應(yīng)，并且在第二配置(第二濃度)中，沒(méi)有光衍射或不提供光學(xué)效應(yīng)。所述粒子可以包括電泳粒子。由于流體附近的電壓變化或通過(guò)其他方式，可以選擇性地分散粒子。在方框 412中，可以使用與所述腔體相鄰設(shè)置的電極實(shí)現(xiàn)電壓的變化，其中通過(guò)改變電極上的電壓和/或使用其他機(jī)制(例如布朗運(yùn)動(dòng))實(shí)現(xiàn)分散，來(lái)在流體中分散所述粒子。電極可以設(shè)置在腔體的同一側(cè)上或腔體的相對(duì)側(cè)上。在一種配置中，可以分散粒子以在腔體中與光柵面形相對(duì)的位置形成粒子的均勻?qū)踊蛘咴诠鈻琶嫘螀^(qū)域外部橫向地聚集粒子。也可以在光柵面形的部分中聚集粒子。有利的是，在方框414中，入射光不需要被偏振以被衍射?？梢允褂霉鈻琶嫘蝸?lái)衍射非偏振光。在解釋所附權(quán)利要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解
a)措詞“包括”不排除存在給定的權(quán)利要求中列出的元件或動(dòng)作之外的其他元件或動(dòng)
作；
b)在元件之前的措詞“一”或“一個(gè)”不排除存在多個(gè)這樣的元件；
c)權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都沒(méi)有限制它們的范圍；
d)若干“裝置”可以由相同的項(xiàng)目或硬件或軟件實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)或功能來(lái)表示；以及
e)除非特別指出，不要求動(dòng)作的特定順序。已經(jīng)描述了基于電泳粒子系統(tǒng)的可切換光柵的有利實(shí)施例(其預(yù)期是說(shuō)明性的而非限制性的)，應(yīng)當(dāng)注意的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)上述教導(dǎo)進(jìn)行修改和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以在由所附權(quán)利要求概述的這里所公開(kāi)的實(shí)施例的范圍和精神內(nèi)，對(duì)所公開(kāi)的本公開(kāi)的特定實(shí)施例進(jìn)行改變。這樣描述了專(zhuān)利法所要求的細(xì)節(jié)和特殊性之后，在所附權(quán)利要求中闡述了要求保護(hù)的和希望通過(guò)專(zhuān)利證書(shū)保護(hù)的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種可切換光學(xué)部件，包括第一襯底(18)和第二襯底(15)，其間形成腔體(14)，其中所述第一襯底的第一表面是包括與所述腔體相鄰的突起和凹槽的結(jié)構(gòu)化表面(24，沈)，所述第一襯底和所述突起具有第一折射率；流體(16)，其與所述結(jié)構(gòu)化表面接觸；以及粒子(12)，其選擇性地分散在所述流體中，從而該流體中的粒子的第一配置使得所述結(jié)構(gòu)化表面能夠提供光學(xué)效應(yīng)并且該流體中的粒子的第二配置禁止該光學(xué)效應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的可切換光學(xué)部件，其中在第一配置和第二配置之一下，在所述腔體中與所述結(jié)構(gòu)化表面相對(duì)的位置形成粒子的均勻?qū)?105)。
3.如權(quán)利要求1所述的可切換光學(xué)部件，其中在第一配置和第二配置之一下，粒子 (12)在所述結(jié)構(gòu)化表面的區(qū)域之外橫向聚集。
4.如權(quán)利要求1所述的可切換光學(xué)部件，其中在第一配置和第二配置之一下，粒子 (12)在所述結(jié)構(gòu)化表面的凹槽中聚集。
5.如權(quán)利要求1所述的可切換光學(xué)部件，其中突起(24)和凹槽(26)是矩形的。
6.如權(quán)利要求1所述的可切換光學(xué)部件，其中突起(24)和凹槽(26)之間的橫向間隔被選擇為提供衍射光束從所述結(jié)構(gòu)化表面出射的期望角度。
7.如權(quán)利要求1所述的可切換光學(xué)部件，其為可切換衍射光柵，還包括與所述腔體相鄰設(shè)置的多個(gè)電極(20，22，或102，104)，其中通過(guò)改變所述電極上的電壓將所述粒子分散在所述流體中；以及其中所述結(jié)構(gòu)化表面的突起和凹槽形成用于對(duì)非偏振入射光進(jìn)行衍射的光柵面形，所述突起(24)具有第一光柵表面并且所述凹槽(26)具有第二光柵表面，所述第一光柵表面和第二光柵表面平行于與第一襯底(18)的第一表面相對(duì)的第一襯底(18)的第二表面。
8.如權(quán)利要求7所述的可切換光學(xué)部件，其中在粒子的第一和第二配置之一下，這些粒子(12)在凹槽(26)中聚集并且基本上填滿(mǎn)所述凹槽(26)。
9.如權(quán)利要求7所述的可切換光學(xué)部件，其中所述光柵面形包括在光柵的陣列中。
10.如權(quán)利要求7所述的可切換光學(xué)部件，其中所述光柵面形包括在光柵的疊層中。
全文摘要
可切換光學(xué)部件(10)包括形成腔體(14)的襯底(18)。該襯底(18)配置有與該腔體相鄰的結(jié)構(gòu)化表面(24，26)，并且該襯底具有第一折射率。流體(16)與該結(jié)構(gòu)化表面接觸。粒子(12)可選擇性地分散在所述流體中，從而該流體中的粒子的第一濃度使得所述結(jié)構(gòu)化表面能夠提供光學(xué)效應(yīng)，并且該流體中的粒子的第二濃度禁止該光學(xué)效應(yīng)。
文檔編號(hào)G02F1/167GK102323699SQ20111028548
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者K. G. 德博爾 D., T. 約翰遜 M., J. 貝斯喬 P., J. 魯森達(dá)爾 S. 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司