[发明专利]具有可调功效的衍射光栅

说明书

技术领域

本发明一般涉及电子设备，具体涉及使用电子设备中的电润湿 (electro-wetting，EW)衍射光栅利用电控信号来进行光强调制和/ 或光程重定向。

背景技术

存在许多技术可用于光强、方向调制、相位调制、光开关、光逻 辑等等，该技术包括(但不限于)：光电方法、液晶、声光、非线 性光学方法、磁光等等。存在许多技术适合用于在显示面板应用中 使用，例如，最典型的是LCD(液晶显示器)。N.K.Sheridon的美 国专利No.US5,659,330“Electrocapillary Co1or Display Sheet”描述了 用于显示器的另一种方法，该方法使用电润湿用于控制设置在毛细 管薄片内部的染色的液滴的形状。该显示器需要产生大量独立的液 滴并且将其严格维持为阵列排列，这在实际应用中可能是不可能的。 另外，上述参考文献(US5,659,330)中的光调制机构要求液滴的形 状是宏观变化的，这就限制了可获得的显示器刷新率。

另一T.Levola的美国专利申请No.2004/0109234“Electrically Tunable Diffractive Grating Element”描述了一种可变形的衍射光栅结 构，其中光栅的预制的基层表面凸纹(relief)由电介质和可变形粘 弹性材料构成，该材料能够电调谐形状从而调整光栅的衍射性能。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种光器件包括：衍射光栅，由折射率 为n的电介质光材料制成，并且包括具有结构高度h和结构周期d 的结构的第一表面，以及第二表面；其中第一表面由疏水性材料涂 覆，该疏水性材料降低衍射光栅对于预选定的液体的可润湿性；由 预选定的液体之一构成的折射率为k的均匀液层，其中折射率n和k 基本上相等，均匀液层布置在衍射光栅的第一表面上，其中选择光 器件的参数使得：a)当在均匀液层中没有电场产生时，均匀液层不会 进入该结构顶端下面形成的气穴(air pocket)区域中，和b)当在均 匀液层中产生了预定电场时，由于第一表面增强的可润湿性和毛细 效应，均匀液层将以预定值进入到该结构顶端下面形成的气穴区域 中，由此，改变衍射光栅的衍射功效，使得由衍射光栅透射(transmit) 或反射的光束的光强发生变化；以及由导电材料在第二表面上形成 的电极层，其用于产生电场。

进一步根据本发明的第一方面，电场或者预定电场可通过在均匀 液层和电极层之间施加电压来产生。

进一步根据本发明的第一方面，光器件可进一步包括：由导电材 料在均匀液层上形成的另一电极层，其中通过在另一电极层和前述 电极层之间施加电压来产生电场或预定电场。

仍进一步根据本发明的第一方面，光器件的参数可包括结构周期 d、均匀液层中液体的表面张力和疏水性材料的可润湿性。

另外根据本发明的第一方面，衍射光栅的周期线可为矩形轮廓、 倾斜轮廓或者根据预定算法平滑变化的壁轮廓。

另外仍根据本发明的第一方面，电极层对于光束可以是透明的。

另外仍根据本发明的第一方面，均匀液层可用预定的光颜色进行 染色，或者可在均匀液层前方使用滤色器，这样使得衍射光栅仅透 射具有预定颜色的光束。

仍进一步根据本发明的第一方面，可选择衍射光栅的参数，使得 衍射光栅仅支持通过衍射光栅透射的透射光束的第一级和零级透射 衍射模式，其中透射光束的零级透射衍射模式分量被阻挡，并且透 射光束的第一级透射衍射模式分量引导向光器件的使用者。此外， 可由电场通过改变衍射光栅的衍射功效来使透射光束的第一级透射 衍射模式分量的光强发生变化。

仍进一步根据本发明的第一方面，光束可由衍射光栅的第一表面 接收。

仍进一步根据本发明的第一方面，当均匀液层中产生的电场超出 阈值电场时，空气从气穴区域逸出，并且气穴区域可由均匀液层完 全填充。

仍进一步根据本发明的第一方面，当均匀液层中产生的电场小于 阈值电场时，空气可从气穴区域逸出，并且气穴区域可由均匀液层 以预定值填充，并且其中衍射光栅的周期线具有根据预定算法平滑 变化的壁轮廓。

仍进一步根据本发明的第一方面，当均匀液层中产生的电场大于 阈值电场时，气穴区域中的空气可能不可从气穴区域除去，并且气 穴区域可由均匀液层以预定值填充，并且其中采用气穴中空气提供 的压力根据平衡条件定义预定值。