CN101389995B - 具有可调功效的衍射光栅 - Google Patents

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Abstract

说明书和附图表示出一种利用电控信号使用电子设备中的电润湿(EW)衍射光栅进行光强的调制的新的方法、设备和软件产品。EW衍射光栅可以是电子设备的元件(例如，显示器)的组件。应用可以包括但不限于：彩色显示器、投影式显示器、前照明显示器、场顺序显示器、自动立体显示器等等。此外，也可以在除了显示器之外的其他领域中应用。

Description

具有可调功效的衍射光栅
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“ElectricallyTunable 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。
根据本发明的第二方面，一种方法，用于改变传播通过电子设备中的光器件或者由该光器件反射的光束的光强，包括步骤：通过光器件接收光束，其中光器件包括：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，以及第二表面的衍射光栅；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定的液体的可润湿性；由导电材料在第二表面上形成的电极层，用于产生电场；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或反射的光束的光强发生变化；以及使预定电场发生变化，由此进一步改变均匀液层进入气穴区域的预定值，引起衍射光栅的衍射功效的进一步改变，这样使得传播通过光器件或者从该光器件反射的光束的光强发生变化。
进一步根据本发明的第二方面，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二方面，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，其中通过在该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二方面，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二方面，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二方面，电极层对于光束可以是透明的。
另外仍根据本发明的第二方面，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片，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二方面，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设备的使用者。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二方面，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二方面，当均匀液层中产生的电场超出阈值电场时，空气可从气穴区域逸出，并且气穴区域可由均匀液层完全填充，并且其中所述衍射光栅的所述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二方面，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二方面，当均匀液层中产生的电场可能大于阈值电场时，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。
根据本发明的第三方面，计算机程序产品包括：在其上包含计算机程序代码的计算机可读存储结构，由计算机处理器利用该计算机程序代码执行，其特征在于，包括用于执行本发明第二方面的由电子设备的任一组件执行的步骤的指令。
根据本发明的第四方面，电子设备包括：至少一个光器件，该器件包括：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定的液体的可润湿性；由导电材料在第二表面上形成的电极层，用于产生电场；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或反射的光束的光强发生变化；以及包括至少一个光器件的组件；以及至少一个电压驱动器，响应于强度选择/调制信号，用于向组件中的光器件提供电润湿控制信号，从而提供施加在均匀液层与电极层之间的电场，由此使得预定电场发生变化，并进一步改变均匀液层进入气穴区域的预定值，引起衍射光栅的衍射功效的进一步改变，由此也使得传播通过光器件或者从该光器件反射的光束的光强发生变化从而提供期望的光强级别。
进一步根据本发明的第四方面，元件可以是显示器，光器件可以是显示器的像素，光强调制信号可以是视频信号。
进一步根据本发明的第四方面，元件可以是投影式显示器、前照明显示器、场顺序显示器或者自动立体显示器。
仍进一步根据本发明的第四方面，电子设备可进一步包括：光强选择器/开关，响应于光强调制/指令信号，从而响应于光强调制指令信号而提供强度选择信号，其中强度选择信号指示从光栅反射或者透射通过光栅的期望的光强级别。
仍进一步根据本发明的第四方面，光强选择器/开关和至少一个电压驱动器可以结合为一个模块。
使用电润湿(EW)衍射光栅的本发明各种实施例的优点包括(但不限于)：
·快速响应时间；
·均匀的液层，无需特殊处理用于产生独立的液滴；
·可调谐的像素强度；以及
·高效率。
附图说明
图1a和1b是示出了与表面可润湿性有关的表面张力和毛细效应的示意性表示。
图2a和2b是根据本发明实施例具有可变功效电润湿(EW)衍射光栅的光器件的示意性表示：a)图2a中为零控制电压；b)图2b中为可变非零控制电压；
图3是根据本发明实施例具有针对采用变化侧壁角度的衍射结构的可变功效电润湿(EW)衍射光栅的光器件的示意性表示；
图4是示出了根据本发明实施例使用可变功效电润湿(EW)衍射光栅的背光照明直观(direct view)显示器中像素的一个可能实施的示意性表示；
图5是根据本发明实施例示出用于彩色显示器的像素方案实施的示意性表示；
图6a至图6c是根据本发明实施例示出用于没有透镜阵列(图6a)和带有透镜阵列(图6b-图6c)的彩色显示器的各种实施方案的示意性表示；
图7是根据本发明实施例的电子设备的框图，该电子设备使用电子设备的元件(例如，显示器)中的电润湿(EW)衍射光栅利用电控信号提供光强的调制。
具体实施方式
提供了一种利用电控信号使用电子设备中的电润湿(EW)衍射光栅进行光强的调制的新方法、设备和软件产品。EW衍射光栅可以是电子设备的元件(例如，显示器)的部件。本发明的实施例提供了一种针对利用电润湿(EW)来实现可变功效的衍射光栅的技术解决方案。
例如，一种解决方案是如下所述的带有连续可调像素强度的直观彩色显示器，例如，使用EW衍射光栅作为彩色像素，其提供快速的响应时间和刷新率。其他应用可以是投影式显示器、前照明显示器、场顺序显示器、自动立体显示器等等。此外，除了显示器之外，也可以应用在其他领域，包括(但不限于)利用光束分裂和/或重定向的领域。一种这样的应用可以是光电信，其中能够使用该效应来切换如多路复用应用中的波导管之间的光。
图1a和图1b是示出了与表面可润湿性有关的表面张力和毛细效应的示意性表示。表面的可润湿性由所谓接触角(φ)来描述。对于亲水性表面，接触角小于90度，这意味着液体与表面之间的附着力大于液体的内聚力。然后，由于附着力，一滴水1a在表面上铺开，直到内聚力由于表面区域增加变得足够强，从而防止了液体的进一步扩散。再有，液体将掉入毛细管中，并且如果另一端是开口的，将液体将填充毛细管(见图1a，其中角φ1小于90度)。
另一方面，如果表面是防水的，那么接触角大于90度(图1b中的角φ1)。在这种情况下，液体的内聚力大于表面附着力并且形成小液滴1b。再有，毛细效应将以反向工作，并且这将在液体上引起向外的“毛细管压力”，这会阻止液体填充空腔。
可以根据图2a和图2b来理解电润湿(EW)光栅的工作原理，图2a和2b显示了根据本发明实施例的光器件20的许多其它示意性表示中的一个例子，该光器件20带有可变功效电润湿(EW)衍射光栅：a)在图2a中为零控制电压；b)在图2b中为可变非零控制电压。
光器件20包括衍射光栅12，该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23的第一表面21以及第二表面22。第一表面21由疏水性材料13涂覆，该材料降低衍射光栅12对于预定的液体可润湿性。在第二表面22上形成导电材料的电极层11。电极层11可以可选地由透光材料或者反光材料(例如，金属)制成。最后，由上述预选定液体之一构成的折射率为k的均匀液层14(可选地导电的)布置在衍射光栅12的第一表面21上，其中，折射率n和k基本上相等，即，选择k与衍射光栅12的折射率紧密匹配(match)。一种可能的折射率匹配的液体/材料组合是水和特氟隆。两者都具有约为1.3的折射率，并且水在特氟隆上的接触角大于90度(典型地约为108度)。另一可能性是使用折射率匹配的电介质材料，对于预选定的液体，该材料通常不是疏水性的，而是以适当的非润湿剂对其进行涂覆。可能的表面处理剂是(但不限于)，例如，有机硅化合物或者含氟聚合物。
如图2a所示，当在均匀液层14与电极层11之间没有施加电场时，均匀液层14不会进入在结构23顶端下面形成的气穴区域10中。通过对光器件20的参数的适当选择，这是容易实现的。例如，适当的选择和平衡以下方面：a)衍射光栅12的光栅周期d，b)均匀液层14中液体的表面张力，和c)由于防附着处理(由疏水材料13涂覆第一表面21)而引起可润湿性适当降低，将会防止均匀液层14的液体进入如图1a所示的气穴区域10中。实际上，第一表面21的临界表面张力应小于均匀液层14中液体的表面张力，以便促进排斥毛细管压力施加在液体上。在这种情况下，由于衍射光栅12的折射率n与气穴区域10的折射率(等于1)之间的差异，通过光栅的入射光束17将经历相位调制。这样会导致光束17分裂成数个衍射级，反射光束18和透射光束19都将在几个不同的方向上传播。
所给出的衍射级中的光强依赖于衍射光栅12的形状和调制区域(结构23)的高度h。而且，所允许的衍射级数目依赖于衍射光栅12的周期d，并可以选为使得仅允许零衍射级(直接反射或透射的光束)和第一衍射级。此外，通过对衍射光栅12的光栅轮廓的适当选择(例如，使用矩形或倾斜结构，使结构高度h发生变化，等等)，可以引导大多数光束只进入第一衍射级，由此有效地避开镜面反射或者直接透射的光束。
衍射功效的可调谐性，即，引导到所给出衍射级的光束量，来自于利用电润湿(或者静电压力)使得气穴区域10中液体的表面高度发生变化。电润湿的原理是已知的并可利用的，例如，用于移动表面上或者毛细管空间中的液滴(参见，N.K.Sheridon的美国专利No.5,659,330“Electrocapillary Color Display Sheet”)。
根据本发明的实施例，电压驱动器16连接到导电液层14和电极11，根据其应用电极11可为光透明的或光反射的。例如，当如图2b所示，使用电压驱动器16在均匀液层14与所述电极层11之间施加预定电场时，由于因施加预定电场引起的第一表面21的增强的可润湿性和毛细效应，如图2b所示，均匀液层14以预定值进入气穴区域10中。这样改变了衍射光栅12的衍射功效，并且随后改变了透射光束19a和/或反射光束18a的光强。
当如图2b所示，施加了足够的高电压(即，由电压驱动器16提供了电场)时，使得由静电场在均匀液层14上施加的静电压力超出了排斥毛细管压力，或者由于电润湿，液体与第一表面之间的接触角减少到90度以下，液体将会较深地移动到气穴10内部。如果气穴区域10内部的空气能够从该结构逸出，那么从均匀液层移动进入气穴区域的液体将完全填充光栅结构。用所述液体填充气穴10所需的电压依赖于调谐衍射光栅12的光栅周期d、底端电极11与顶端电极14(导电液体)之间的距离、均匀液层14中液体的表面张力以及第一表面21的临界表面张力，并可通过调谐它们来修改该所需的电压。
因为液体的折射率k与衍射光栅12的折射率n紧密匹配，所以该结构将是光均匀的，这样有效地打破了利用非填充光栅引起的光的相位调制。随后电压降低到临界电压之下，其中毛细管压力超出了静电压力，或者液体与第一表面21之间的接触角变得大于90度，使得净排斥力施加到液体上，导致液体从气穴区域移除，这样实现了衍射光栅在衍射与非衍射(均匀)状态之间的切换。切换衍射光栅的响应时间较小，因为仅需要非常小的表面高度调制。对于具有1μm结构高度和10cm/s液体前速度的光栅，相应的响应时间约为10μs。
通过选择光栅结构可获得连续可调的衍射功效，在该结构中气穴区域10内部的空气被捕获在该结构中。然后气穴用作弹簧，其防止液体完全填充光栅结构，并由此允许通过改变由电压驱动器16施加的电压来控制气穴区域10中的液位。因为液层14的折射率k与衍射光栅12的折射率n紧密匹配，所以改变液体高度将会直接地改变经过(透射或反射)光器件20后的光束17的相位调制量。这继而将会导致衍射光栅12的衍射功效的改变，并且使得进入给定衍射级的光束强度发生变化。
根据本发明实施例，获得衍射功效的连续可调性的另一可能方法是选择具有相对于均匀液层14的表面法向变化的侧壁角的光栅结构(例如，见图3)。在这种情况下，液层将渗入到气穴区域10一深度，其中结构表面13的切线与均匀液层之间的角度等于接触角，该接触角由结构的表面处理和/或结构12中采用的材料的临界表面张力和液体表面张力而设定。然后，可以通过在电极层11与均匀液层14之间施加电压(其由于电润湿而引起有效接触角的改变)来调谐渗透深度，以及由此调谐衍射功效。
图2a和2b的示例使用了导电均匀液层14。但是，根据本发明另一实施例，还可以使用不导电的液体。在这种情况下，液层可由另一电极覆盖(例如，可选光透明的)从而形成平行板电容器。当电压施加到板上时，将会产生作用在液体上的力，因为对于填充的和未填充的凹槽来说，系统的整个能量是不同的。这与Pesant等人的美国专利No.4,701,021“Optical Modulator”中所利用的用于移动两个平行板电容器之间的液滴的效果相同。在这种情况下，该力依赖于液体的电介质渗透性，因此，如果在EW衍射光栅中使用不导电液体，则有利的是选择具有尽可能高的电介质渗透性的液体。
注意，多层结构可以在其之间利用具有一个液层(例如，在顶端基板和底端基板上都使用光栅结构和电极)或多个液层(如14)的多电润湿(EW)衍射光栅结构(例如，与衍射光栅12类似)，用于光强的调制和/或重定向光束。此外，作为可替换方案，一些其它的液体可以取代空气在气穴区域10中使用。
根据本发明进一步的实施例，下面将描述几种实际情况。
第一，假设空气能够从气穴区域逸出，例如逸出到光栅凹槽方向一侧。在这种情况下，当外部电压超出阈值电压(其等同于阈值电场)时，光栅将关闭(被完全填充)，此时，电润湿效应(或者由电场产生的静电压力)会引起接触角减小到90度以下。
第二，假设空气能够从气穴区域逸出并且外部电压V小于阈值(或者阈值电场)。那么，如图3所示，使用带有变化侧壁角(根据预定算法)的光栅结构可以获得可变衍射功效。在所给电压处，水位将渗透到一深度，此处表面切线与水前切线之间的角度等于由电润湿所设定的接触角。
第三，假设空气不能从气穴区域逸出并且外部电压V小于阈值(或者阈值电场)。在这种情况下，渗透深度将由向内静电压力、向外毛细管压力和气穴中向外空气压力之间的平衡条件来设定(例如，见图2b中的例子)。
图4示出根据本发明实施例的示意性表示其中的一个实例，用于使用带有可变功效电润湿(EW)衍射光栅12的光器件20的背光照明直观显示器中像素(例如，灰度等级)24的可能实施。在此，经过EW光栅的入射光束17(例如，照明光)在零衍射级(光束28)与第一衍射级(光束27)之间分裂。直接透射的光28由吸收体26阻挡，其防止它被使用者看到。另一方面，第一级衍射光(光束27)引导朝向使用者并且能够被观察到。可以如上所述使用本发明的实施利，通过采用EW衍射光栅12的可调谐性而改变第一衍射级的衍射功效，或者通过采用可以单独切接通/断开的几个平行子像素来改变，来调谐像素强度。
根据本发明的另一实施例，将图4中描述的实施例直接扩展为如图5中所示其他彩色显示器中的示例。在此，在相应的像素24r、24g和24b中相应的光器件20r、20g和20b的EW衍射光栅中使用的液体被染色为适当的颜色(例如，红、绿和蓝色)，使得每个光器件20r、20g和20b仅通过一个波长的波段，这样使用例如相应的透射光束34r、34g和34b来显示不同的颜色。可替换地，可以使用滤色片来选择适当的颜色。
图6a至图6c提供了根据本发明实施例用于使用直观显示器应用中的电润湿光栅的没有透镜阵列(图6a)和带有透镜阵列(图6b-6c)的彩色显示器的多种实施方案中的另一些示例。
图6a示出了与图2a、图2b、图3和图4所示的那些布置相类似的布置。在图6a中，吸收体(或者阻止吸收体)的位置选择得不同于图4和图5，以便如所示的那样提供给入射光束17更好的工艺性。如所示那样，在三个连续的像素中使用滤色片50r(红色)、50g(绿色)和50b(蓝色)用于色彩分离。还使用了光透明电极11从而提供电接触。
图6b和6c利用了额外的透镜阵列。在这些应用中，可以使用具有许多允许衍射级(代替如图6a所示的前一情形中仅有一个衍射级的情况)的较长周期光栅。这与聚焦动作一起使得它们对于照明光的入射参数(例如，入射角度)更加不灵敏。在图6b的情况中，光栅可具有两部分组成的轮廓，将光对称地分裂为正和负衍射级(主要为+1和-1)。由此，当没有施加电压时像素接通，并且当施加电压时像素断开。在图6c中情况相反。图6b和图6c中，滤色片50r(红色)、50g(绿色)和50b(蓝色)与光透明电极11结合使用，并且可选地使用了透光光窗52。
图7是根据本发明实施例的电子设备40框图中的示例，该电子设备用于使用电子设备40的元件(例如，显示器)48中的电润湿(EW)衍射光栅利用电控信号提供光强的调制。
对光强选择器42提供光强调制信号50，该信号包括关于显示器48的单个像素的光强瞬时期望值的信息。可替换地，用户41可提供光指令信号50a，该信号包括用于显示器48所有像素的光强的期望值(例如，期望的平均强度级)，由此提供期望的偏置。
响应于信号50和/或50a，光强选择器42对电压驱动器44提供强度选择信号52，其指示从显示器48的每个像素反射或者透射通过显示器48的每个像素的光强的期望级。而且，响应于信号52，电压驱动器44对并入到显示器48中的每个像素(通过本发明实施例上述的光器件)分别提供电润湿控制信号54，用于在前述光器件中提供施加在均匀液层(例如，图2b中的14)与电极层11之间的电场，从而进一步提供光强的期望级。
此外，图7中显示了信号56作为向用户41的反馈信号，用于验证期望的平均强度级是令人满意的。注意，根据本发明实施例，块42和块44可以合并。此外还要注意，可以具有多于一个的电压驱动器，例如用来分别提供调制和“偏置”信号。
如上所说，本发明提供了方法和相应的设备两者，该设备由提供功能的各种模块组成用于执行本方法的步骤。模块可由硬件实现，或者由软件或固件实现，用于由计算机处理器执行。特别地，在软件或固件的情况下，本发明可提供为计算机程序产品，其包括其上包含计算机程序代码(即，软件或固件)的计算机可读存储结构，用于由计算机处理器执行。
应当理解，上述布置仅为本发明原理应用的示例。本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下进行多种修改和可替换布置，并且所附权利要求书旨在涵盖这些修改和布置。

Claims (32)

1.一种光器件，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；其中所述第一表面由疏水性材料涂覆，该疏水性材料减少衍射光栅对于预选定的液体的可润湿性；
均匀液层，其由所述预选定的液体之一组成并且折射率为k，其中所述折射率n和k基本上相等，所述均匀液层布置在所述衍射光栅的所述第一表面上，其中选择所述光器件的参数使得：
所述均匀液层配置为当在所述均匀液层中没有电场产生时，
所述均匀液层不会进入所述结构顶端下面形成的气穴区域，以及
所述均匀液层配置为当在所述均匀液层中产生了预定电场时，由于所述第一表面增强的可润湿性和毛细效应，所述均匀液层将以预定值进入所述结构顶端下面形成的所述气穴区域，从而改变衍射光栅的衍射功效以使得由所述衍射光栅透射或反射的光束的光强发生变化；以及
由导电材料在所述第二表面上形成的电极层，配置用于产生所述电场。
2.根据权利要求1所述的光器件，其中所述电场或者所述预定电场通过在所述均匀液层与所述电极层之间施加电压来产生。
3.根据权利要求1所述的光器件，进一步包括：
由导电材料在均匀液层上形成的另一电极层，其中所述电场或者所述预定电场通过在所述另一电极层与所述电极层之间施加电压来产生。
4.根据权利要求1所述的光器件，其中所述光器件的所述参数包括：所述结构周期d、均匀液层中液体的表面张力和所述疏水性材料的可润湿性。
5.根据权利要求1所述的光器件，其中所述衍射光栅具有矩形轮廓、倾斜轮廓或者根据预定算法平滑变化的壁轮廓。
6.根据权利要求1所述的光器件，其中所述电极层对于光束是透明的。
7.根据权利要求1所述的光器件，其中所述均匀液层用预定的光颜色染色或者在所述均匀液层前使用滤色片，使得衍射光栅配置为仅透射具有所述预定颜色的光束。
8.根据权利要求1所述的光器件，其中选择所述衍射光栅的所述参数使得所述衍射光栅配置为仅支持透射通过所述衍射光栅的透射光束的第一级和零级透射衍射模式，其中所述透射光束的零级透射衍射模式分量被阻挡，并且所述透射光束的第一级透射衍射模式分量引导朝向所述光器件的使用者。
9.根据权利要求8所述的光器件，其中通过所述电场改变衍射光栅的衍射功效来使得所述透射光束的所述第一级透射衍射模式分量的光强发生变化。
10.根据权利要求1所述的光器件，其中所述光束在由所述衍射光栅透射或是反射之前由衍射光栅的第一表面接收。
11.根据权利要求1所述的光器件，其中当所述均匀液层中产生的电场超出阈值电场时，空气从所述气穴区域逸出，并且所述气穴区域由所述均匀液层完全填充。
12.根据权利要求1所述的光器件，其中当所述均匀液层中产生的电场小于阈值电场时，空气从所述气穴区域逸出，并且所述气穴区域由所述均匀液层以预定值填充，并且其中衍射光栅的所述周期线具有根据预定算法平滑变化的壁轮廓。
13.根据权利要求1所述的光器件，其中当所述均匀液层中产生的电场大于阈值电场时，所述气穴区域中的空气不可从所述气穴区域选出，并且所述气穴区域由所述均匀液层以预定值填充，并且其中采用所述气穴中所述空气提供的压力通过平衡条件定义所述预定值。
14.一种用于改变光强度的方法，所述方法包括：
由光器件接收光束，其中所述光器件包括：
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；其中该第一表面由疏水性材料涂覆，该疏水性材料减少衍射光栅对于预选定的液体的可润湿性；
由导电材料在所述第二表面上形成的电极层，用于产生电场；
均匀液层，其由所述预选定的液体之一组成并且折射率为k，其中所述折射率n和k基本上相等，所述均匀液层布置在所述衍射光栅的所述第一表面上，其中选择所述光器件的参数使得：
当在所述均匀液层中没有电场产生时，所述均匀液层不会进入所述结构顶端下面形成的气穴区域中，以及
当在所述均匀液层中产生了预定电场时，由于所述第一表面增强的可润湿性和毛细效应，所述均匀液层将以预定值进入所述结构顶端下面形成的所述气穴区域，从而改变衍射光栅的衍射功效以使得由所述衍射光栅透射或反射的光束的光强发生变化；以及
使得所述预定电场发生变化，从而进一步改变所述均匀液层进入所述气穴区域的预定值，引起衍射光栅的衍射功效的进一步改变，从而使得传播通过光器件或者从光器件反射的光束的光强发生变化。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述电场或者所述预定电场通过在所述均匀液层与所述电极层之间施加电压来产生。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述光器件包括由导电材料在均匀液层上形成的另一电极层，其中所述电场或者所述预定电场通过在所述另一电极层与所述电极层之间施加电压来产生。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述光器件的所述参数包括所述结构周期d、均匀液层中液体的表面张力和所述疏水性材料的可润湿性。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述衍射光栅具有矩形轮廓、倾斜轮廓或者根据预定算法平滑变化的壁轮廓。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述电极层对于光束是透明的。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述均匀液层用预定的光颜色染色或者在所述均匀液层前使用滤色片，使得衍射光栅仅透射具有所述预定颜色的光束。
21.根据权利要求14所述的方法，其中选择所述衍射光栅的所述参数使得所述衍射光栅仅支持透射通过所述衍射光栅的透射光束的第一级和零级透射衍射模式，其中所述透射光束的零级透射衍射模式分量被阻挡，并且所述透射光束的第一级透射衍射模式分量引导朝向所述光器件的使用者。
22.根据权利要求21所述的方法，其中通过由所述电场改变衍射光栅的衍射功效来使得所述透射光束的所述第一级透射衍射模式分量的光强发生变化。
23.根据权利要求14所述的方法，其中所述光束在由所述衍射光栅透射或是反射之前由衍射光栅的第一表面接收。
24.根据权利要求14所述的方法，其中当所述均匀液层中产生的电场超出阈值电场时，空气从所述气穴区域逸出，并且所述气穴区域由所述均匀液层完全填充。
25.根据权利要求14所述的方法，其中当所述均匀液层中产生的电场小于阈值电场时，空气从所述气穴区域逸出，并且所述气穴区域由所述均匀液层以预定值填充，并且其中所述衍射光栅的周期线具有根据预定算法平滑变化的壁轮廓。
26.根据权利要求14所述的方法，其中当所述均匀液层中产生的电场大于阈值电场时，所述气穴区域中的空气不可从所述气穴区域逸出，并且所述气穴区域由所述均匀液层以预定值填充，并且其中采用所述气穴中所述空气提供的压力通过平衡条件定义所述预定值。
27.一种电子设备，包括：
至少一个光器件，该光器件包括：
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；其中所述第一表面由疏水性材料涂覆，该材料减少衍射光栅对于预选定的液体的可润湿性；
由导电材料在所述第二表面上形成的电极层，配置用于产生电场；
均匀液层，其由所述预选定的液体之一组成并且折射率为k，其中所述折射率n和k基本上相等，所述均匀液层布置在所述衍射光栅的所述第一表面上，其中选择所述光器件的参数使得：
所述均匀液层配置为当在所述均匀液层中没有电场产生时，所述均匀液层不会进入所述结构顶端下面形成的气穴区域中，以及
所述均匀液层配置为当在所述均匀液层中产生了预定电场时，由于所述第一表面增强的可润湿性和毛细效应，所述均匀液层将以预定值进入所述结构顶端下面形成的所述气穴区域，从而改变衍射光栅的衍射功效以使得由所述衍射光栅透射或反射的光束的光强发生变化；以及
包括所述至少一个光器件的组件。
28.根据权利要求27所述的电子设备，其中所述电子设备是显示器，所述至少一个光器件是所述显示器的像素。
29.根据权利要求27所述的电子设备，其中所述电子设备是投影式显示器、前照明显示器、场顺序显示器或者自动立体显示器。
30.根据权利要求27所述的电子设备，进一步包括：
光强选择器/开关，配置用于响应于光强调制/指令信号的接收，向至少一个电压驱动器提供强度选择/调制信号，其中所述强度选择/调制信号指示从所述衍射光栅反射或者透射通过所述衍射光栅的光强的期望级；以及
其中所述至少一个电压驱动器配置用于响应于强度选择/调制信号的接收，向所述组件中的光器件提供电润湿控制信号，用于从而提供施加在所述均匀液层与所述电极层之间的电场，从而使得所述预定电场发生变化，并且进一步改变所述均匀液层进入所述气穴区域的预定值，引起衍射光栅的衍射功效的进一步改变，以使得传播通过光器件或者从光器件反射的光束的光强发生变化，从而提供光强的所述期望级。
31.根据权利要求30所述的电子设备，其中光强选择器/开关和至少一个电压驱动器结合为一个块。
32.一种用于改变光强度的设备，包括：
用于由光器件接收光束的装置，其中所述光器件包括：
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；
其中所述第一表面由疏水性材料涂覆，该疏水性材料减少衍射光栅对于预选定的液体的可润湿性；
形成在所述第二表面上的导电材料的电极层，用于产生电场；
均匀液层，由所述预选定的液体之一组成并且折射率为k，其中所述折射率n和k基本上相等，所述均匀液层布置在所述衍射光栅的所述第一表面上，其中选择所述光器件的参数使得：
所述均匀液层配置为当在所述均匀液层中没有产生电场时，所述均匀液层不会进入所述结构顶端下面形成的气穴区域，以及
当在所述均匀液层中产生了预定电场时，由于所述第一表面增强的可润湿性和毛细效应，所述均匀液层将以预定值进入所述结构顶端下面形成的所述气穴区域，从而改变衍射光栅的衍射功效以使得由所述衍射光栅透射或反射的光束的光强发生变化；以及
用于改变所述电场的装置，用于进一步改变均匀液层进入所述气穴区域的预定值，从而引起衍射光栅的衍射功效的进一步的改变，因此改变透射穿过所述光器件或者从所述光器件反射的光束的光强度。
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