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KR101018737B1 - 조정가능한 효율을 가지는 회절 격자 - Google Patents

조정가능한 효율을 가지는 회절 격자 Download PDF

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KR101018737B1
KR101018737B1 KR1020087020889A KR20087020889A KR101018737B1 KR 101018737 B1 KR101018737 B1 KR 101018737B1 KR 1020087020889 A KR1020087020889 A KR 1020087020889A KR 20087020889 A KR20087020889 A KR 20087020889A KR 101018737 B1 KR101018737 B1 KR 101018737B1
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diffraction grating
liquid layer
electric field
diffraction
homogeneous liquid
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파시 리티
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노키아 코포레이션
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Abstract

명세서와 도면은 전자 기기들에서 전기 제어 신호와 함께 전기 습윤(EW) 회절 격자들을 사용하는 광 세기의 변조를 위한 새로운 방법, 장치 및 소프트웨어 제품을 제공한다. EW 회절 격자들은 전자 기기의 요소(예컨대, 디스플레이)의 구성요소들일 수 있다. 애플리케이션들은 컬러 디스플레이, 투사형 디스플레이, 전방 조명 디스플레이, 필드 순차 디스플레이, 자동 입체 디스플레이 등을 포함할 수 있지만 그것들에 제한되지는 않는다. 또한, 디스플레이 외의 영역들에서의 애플리케이션들도 가능하다.

Description

조정가능한 효율을 가지는 회절 격자{Diffraction gratings with tunable efficiency}
본 발명은 일반적으로 전자 기기에 그리고 더 상세하게는 전자 기기들에서 전기 습윤(EW) 회절 격자들을 사용하여 전기 제어 신호로 광 세기의 변조 및/또는 광로의 재지정을 하는 것에 관련된다.
광 세기, 방향 변조, 위상 변조, 광학적 스위칭, 광학적 로직 등을 위해 이용될 수 있는 많은 기법들이 있는데, 그것들은 전기-광학적 방법, 액정, 음향 광학, 비선형 광학 법, 자기 광학 등을 포함할 수 있(지만 이것들에 한정되지는 않는)다. 디스플레이 패널 애플리케이션들, 예컨대, 가장 전형적인 것은 액정 디스플레이(LCD)에서 사용하기에 적합한 많은 기술이 있다. N. K. Sheridon의 미국특허번호 제5,659,330호인 "Electrocapillary Color Display Sheet"는 전기 습윤을 사용하여 모세관 시트 내에 놓이는 물들인(dyed) 액체 방울들의 형상을 제어하는 디스플레이들을 위한 다른 방법을 기술한다. 이 디스플레이는 많은 수의 개별 액체 방울들이 실제 응용들에서 가능하지 않을지도 모르는 어레이 대형으로 만들어지고 엄격하게 유지되는 것을 요구한다. 또한, 위의 참고문헌(US 5,659,330)의 광변조 메커니즘은 액체 방울들의 형상이 거시적으로 바뀌어지는 것을 필요로 하는데, 그것 은 디스플레이의 달성할 수 있는 리프레시 속도(refresh rate)를 제한한다.
T. Levola의 미국특허출원공개공보 제2004/0109234호인 "Electrically Tunable Diffractive Grating Element"는 격자의 미리 형성된 기본 표면 돋을새김(릴리프)은 유전체 및 변형가능한 점탄성 재료로 이루어진 변형가능한 회절 격자 구조를 기술하는데, 그것은 격자의 회절 특성들을 조절하기 위해 전기적으로 조정될 수 있다.
본 발명의 제1양태에 따르면, 광학 소자는, 굴절률 n을 갖는 유전성 광학 재료로 만들어지는 회절 격자로서, 구조 높이 h와 구조 주기 d를 가지는 구조를 갖는 제1표면과, 제2표면을 포함하며, 제1표면은 미리 선택된 액체들을 위해 회절 격자의 습윤성을 감소시키는 소수성 재료에 의해 덮여 있는 회절 격자; 미리 선택된 액체들 중의 하나로 구성되는 굴절률 k를 갖는 균일 액체 층으로서, 굴절률 n 및 k가 실질적으로 동일하며, 균일 액체 층은 회절 격자의 제1표면 위에 배치되며, 광학 소자의 매개변수들은, a) 균일 액체 층에 생성된 전기장이 없을 때, 균일 액체 층은 상기 구조의 정상 아래에 형성된 공기 주머니 영역에 들어가지 않도록, 그리고 b) 미리 결정된 전기장이 균일 액체 층에 생성되어 있을 때, 제1표면의 모세관 효과와 증가된 습윤성으로 인해, 균일 액체 층은 구조의 정상 아래에 형성된 공기 주머니 영역에 미리 결정된 값만큼 들어가고, 그래서 회절 격자에 의해 통과되거나 반사되는 광 빔의 광 세기를 가변하기 위해 회절 격자의 회절 효율을 변경하도록 선택되는 균일 액체 층; 및 제2표면 위에 형성된 전기 전도성 재료의, 전기장을 생성하기 위한 전극 층을 포함한다.
추가의 본 발명의 제1양태에 따르면, 전기장 또는 미리 결정된 전기장은 균일 액체 층과 전극 층 사이에 전압을 인가하는 것에 의해 생성될 수 있다.
추가로 본 발명의 제1양태에 따르면, 광학 소자는 균일 액체 층 위에 형성된 전기 전도성 재료의 추가 전극 층을 더 포함하며, 전기장 또는 미리 결정된 전기장은 추가 전극 층과 전극 층 사이에 전압을 인가하는 것에 의해 생성될 수 있다.
더 추가로 본 발명의 제1양태에 따르면, 광학 소자의 매개변수들은 구조 주기 d, 균일 액체 층의 액체의 표면 장력 및 소수성 재료의 습윤성을 포함할 수 있다.
추가의 본 발명의 제1양태에 따르면, 회절 격자의 주기성 라인들(periodic lines)은 미리 결정된 알고리즘에 따른 직사각형, 경사형 프로파일 또는 완만하게 변하는 벽 프로파일을 가질 수 있다.
더 추가의 본 발명의 제1양태에 따르면, 전극 층은 광 빔에 대해 투명할 수 있다.
추가의 다른 본 발명의 제1양태에 따르면, 회절 격자가 미리 결정된 색을 갖는 광 빔만을 투과하도록 하기 위해 균일 액체 층은 미리 결정된 광 색으로 물들여지거나 색 필터가 균일 액체 층 앞에서 사용될 수 있다.
더 추가의 다른 본 발명의 제1양태에 따르면, 회절 격자의 매개변수들은 회절 격자가 회절 격자를 통하여 전해지는 투과된 광 빔의 1차 및 0차 투과 회절 모드들만을 지원하도록 선택되고, 투과된 광 빔의 0차 투과 회절 모드 성분은 차단되고 투과된 광 빔의 1차 투과 회절 모드 성분은 광학 소자의 사용자로 향하게 될 수 있다. 게다가, 투과된 광 빔의 1차 투과 회절 모드 성분의 광 세기는 전기장에 의해 회절 격자의 회절 효율을 변경하는 것에 의해 가변될 수 있다.
더 추가로 본 발명의 제1양태에 따르면, 광 빔은 회절 격자의 제1표면에 의해 수신될 수 있다.
더 추가로 본 발명의 제1양태에 따르면, 균일 액체 층에서 생성된 전기장이 문턱 전기장을 초과할 때 공기는 공기 주머니 영역으로부터 빠져나가고, 공기 주머니 영역은 균일 액체 층에 의해 완전히 채워질 수 있다.
더 추가로 본 발명의 제1양태에 따르면, 균일 액체 층에서 생성된 전기장이 문턱 전기장보다 작을 때 공기는 공기 주머니 영역으로부터 빠져나갈 수 있고 공기 주머니 영역은 미리 결정된 값만큼 균일 액체 층에 의해 채워질 수 있고, 회절 격자의 주기성 라인들은 미리 결정된 알고리즘에 따라 완만하게 바뀌는 벽 프로파일을 가질 수 있다.
더 추가의 본 발명의 제1양태에 따르면, 균일 액체 층에서 생성된 전기장이 문턱 전기장보다 클 때 공기 주머니 영역의 공기는 공기 주머니 영역으로부터 제거가능하지 않을 수 있고 공기 주머니 영역은 미리 결정된 값만큼 균일 액체 층에 의해 채워지고, 미리 결정된 값은 공기 주머니의 공기에 의해 제공된 압력을 사용하여 평형 조건에 의해 정의된다.
본 발명의 제2양태에 따르면, 전자 기기의 광학 소자를 통해 전파하거나 반사되는 광 빔의 광 세기를 가변하기 위한 방법은, 광학 소자에 의해 광 빔을 수신하는 단계로서, 광학 소자는, 굴절률 n을 갖는 유전성 광학 재료로 만들어지는 회절 격자로서, 구조 높이 h와 구조 주기 d를 가지는 구조를 갖는 제1표면과, 제2표면을 포함하며, 제1표면은 미리 선택된 액체들을 위해 회절 격자의 습윤성을 감소시키는 소수성 재료에 의해 덮여 있는 회절 격자; 제2표면 위에 형성된 전기 전도성 재료의, 전기장을 생성하기 위한 전극 층; 미리 선택된 액체들 중의 하나로 구성되는 굴절률 k를 갖는 균일 액체 층으로서, 상기 굴절률 n 및 k가 실질적으로 동일하며, 균일 액체 층은 회절 격자의 제1표면 위에 배치되며, 광학 소자의 매개변수들은, a) 균일 액체 층에 생성된 전기장이 없을 때, 균일 액체 층은 구조의 정상 아래에 형성된 공기 주머니 영역에 들어가지 않도록, 그리고 b) 미리 결정된 전기장이 균일 액체 층에 생성되어 있을 때, 제1표면의 모세관 효과와 증가된 습윤성으로 인해, 균일 액체 층은 상기 구조의 정상 아래에 형성된 공기 주머니 영역에 미리 결정된 값만큼 들어가고, 그래서 회절 격자에 의해 통과되거나 반사되는 광 빔의 광 세기를 가변하기 위해 회절 격자의 회절 효율을 변경하도록 선택되는 균일 액체 층을 포함하는 단계; 및 미리 결정된 전기장을 가변하고, 그래서 균일 액체 층이 공기 주머니 영역에 들어가게 하는 미리 결정된 값을 변경시켜 회절 격자의 회절 효율의 추가 변경을 유발함으로써 광학 소자를 통하여 전파되거나 반사되는 광 빔의 광 세기를 가변하는 단계를 포함한다.
추가의 본 발명의 제2양태에 따르면, 전기장 또는 미리 결정된 전기장은 균일 액체 층과 전극 층 사이에 전압을 인가하는 것에 의해 생성될 수 있다.
추가로 본 발명의 제2양태에 따르면, 광학 소자는 균일 액체 층 위에 형성된 전기 전도성 재료의 추가 전극 층을 더 포함하며, 전기장 또는 미리 결정된 전기장은 추가 전극 층과 전극 층 사이에 전압을 인가하는 것에 의해 생성될 수 있다.
더 추가로 본 발명의 제2양태에 따르면, 광학 소자의 매개변수들은 구조 주기 d, 균일 액체 층의 액체의 표면 장력 및 소수성 재료의 습윤성을 포함할 수 있다.
추가의 본 발명의 제2양태에 따르면, 회절 격자의 주기성 라인들(periodic lines)은 미리 결정된 알고리즘에 따른 직사각형, 경사형 프로파일 또는 완만하게 변하는 벽 프로파일을 가질 수 있다.
더 추가의 본 발명의 제2양태에 따르면, 전극 층은 광 빔에 대해 투명할 수 있다.
추가의 다른 본 발명의 제2양태에 따르면, 회절 격자가 미리 결정된 색을 갖는 광 빔만을 투과하도록 하기 위해 균일 액체 층은 미리 결정된 광 색으로 물들여지거나 색 필터가 균일 액체 층 앞에서 사용될 수 있다.
더 추가의 다른 본 발명의 제2양태에 따르면, 회절 격자의 매개변수들은 회절 격자가 회절 격자를 통하여 전해지는 투과된 광 빔의 1차 및 0차 투과 회절 모드들만을 지원하도록 선택되고, 투과된 광 빔의 0차 투과 회절 모드 성분은 차단되고 투과된 광 빔의 1차 투과 회절 모드 성분은 광학 소자의 사용자로 향하게 될 수 있다. 게다가, 투과된 광 빔의 1차 투과 회절 모드 성분의 광 세기는 전기장에 의해 회절 격자의 회절 효율을 변경하는 것에 의해 가변될 수 있다.
더 추가로 본 발명의 제2양태에 따르면, 광 빔은 회절 격자의 제1표면에 의해 수신될 수 있다.
더 추가로 본 발명의 제2양태에 따르면, 균일 액체 층에서 생성된 전기장이 문턱 전기장을 초과할 때 공기는 공기 주머니 영역으로부터 빠져나가고, 공기 주머니 영역은 균일 액체 층에 의해 완전히 채워질 수 있다.
더 추가로 본 발명의 제2양태에 따르면, 균일 액체 층에서 생성된 전기장이 문턱 전기장보다 작을 때 공기는 공기 주머니 영역으로부터 빠져나갈 수 있고 공기 주머니 영역은 미리 결정된 값만큼 균일 액체 층에 의해 채워질 수 있고, 회절 격자의 주기성 라인들은 미리 결정된 알고리즘에 따라 완만하게 바뀌는 벽 프로파일을 가질 수 있다.
더 추가의 본 발명의 제2양태에 따르면, 균일 액체 층에서 생성된 전기장이 문턱 전기장보다 클 때 공기 주머니 영역의 공기는 공기 주머니 영역으로부터 제거가능하지 않을 수 있고 공기 주머니 영역은 미리 결정된 값만큼 균일 액체 층에 의해 채워질 수 있고, 미리 결정된 값은 공기 주머니의 공기에 의해 제공된 압력을 사용하여 평형 조건에 의해 정의될 수 있다.
본 발명의 제3양태에 따르면, 컴퓨터 프로그램 제품은, 컴퓨터 프로그램 코드를 이용하는 컴퓨터 프로세서에 의한 실행을 위해 상기 컴퓨터 프로그램 코드를 그 속에 수록한 컴퓨터 판독가능 저장 구조를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 상기 컴퓨터 프로그램 코드는 전자 기기의 구성요소에 의해 수행되는 것으로서 표시되는 본 발명의 제2양태의 단계들을 수행하기 위한 명령어들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4양태에 따르면, 전자 기기는, 굴절률 n을 갖는 유전성 광학 재료로 만들어지는 회절 격자로서, 구조 높이 h와 구조 주기 d를 가지는 구조를 갖는 제1표면과, 제2표면을 포함하며, 제1표면은 미리 선택된 액체들을 위해 회절 격자의 습윤성을 감소시키는 소수성 재료에 의해 덮여 있는 회절 격자; 제2표면 위에 형성된 전기 전도성 재료의, 전기장을 생성하기 위한 전극 층; 미리 선택된 액체들 중의 하나로 구성되는 굴절률 k를 갖는 균일 액체 층으로서, 굴절률 n 및 k가 실질적으로 동일하며, 균일 액체 층은 회절 격자의 제1표면 위에 배치되며, 광학 소자의 매개변수들은, a) 균일 액체 층에 생성된 전기장이 없을 때, 균일 액체 층은 상기 구조의 정상 아래에 형성된 공기 주머니 영역에 들어가지 않도록, 그리고 b) 미리 결정된 전기장이 균일 액체 층에 생성되어 있을 때, 제1표면의 모세관 효과와 증가된 습윤성으로 인해, 균일 액체 층은 상기 구조의 정상 아래에 형성된 공기 주머니 영역에 미리 결정된 값만큼 들어가고, 그래서 회절 격자에 의해 통과되거나 반사되는 광 빔의 광 세기를 가변하기 위해 회절 격자의 회절 효율을 변경하도록 선택되는 균일 액체 층을 포함하는 적어도 하나의 광학 소자; 상기 적어도 하나의 광학 소자를 포함하는 구성요소; 및 세기 선택/변조 신호에 응답하여, 균일 액체 층과 전극 층 사이에 인가되는 전기장을 제공하기 위해 광학 소자에 전기 습윤 제어 신호를 제공하고, 그래서 미리 결정된 전기장을 가변하고 균일 액체 층이 공기 주머니 영역에 들어가게 하는 미리 결정된 값을 추가로 변경하여 회절 격자의 회절 효율의 추가 변경을 유발함으로써, 광학 소자를 통하여 전파되거나 반사되는 광 빔의 광 세기를 가변하여 소망의 레벨의 광 세기를 제공하는 적어도 하나의 전압 구동기를 포함한다.
추가의 본 발명의 제4양태에 따르면, 상기 요소는 디스플레일 수 있고, 광학 소자는 디스플레이의 화소일 수 있고, 광 세기 변조 신호는 비디오 신호일 수 있다.
추가로 본 발명의 제4양태에 따르면, 상기 요소는 투사형 디스플레이, 전방 조명 디스플레이, 필드 순차 디스플레이 또는 자동 입체 디스플레이일 수 있다.
다른 추가로 본 발명의 제4양태에 따르면, 전자 기기는 광 세기 변조/명령 신호에 응답하여, 광 세기 변조 명령 신호에 응하는 세기 선택 신호를 제공하는 광 세기 선택기/스위치를 더 포함하며, 세기 선택 신호는 회절 격자를 통해 투과되거나 반사되는 광 빔의 광 세기의 소망의 레벨을 표시한다.
추가의 본 발명의 제4양태에 따르면, 광 세기 선택기/스위치와 적어도 하나의 전압 구동기는 하나의 블록으로 결합될 수 있다.
전기 습윤(EW) 회절 격자를 사용하기 위한 본 발명의 각종 실시예들의 이점들은
Figure 112008060757524-pct00001
빠른 응답 시간;
Figure 112008060757524-pct00002
개별 액적들을 생성하는데 필요한 특수한 조작이 필요 없는 균일 액체 층;
Figure 112008060757524-pct00003
조정가능한 화소 세기; 및
Figure 112008060757524-pct00004
고효율을 포함한다(하지만 그것들에 제한되지는 않는다).
도 1a 및 1b는 표면의 습윤성에 관해서 표면 장력과 모세관 효과를 보여주고 있는 개요도들이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 실시예에 따른, a) 도 2a의 제로 제어 전압; b) 도 2b의 가변 제로 아닌 제어 전압을 위한 가변 효율 전기 습윤(EW) 회절 격자를 갖는 광학 소자의 개요도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 가변 측벽 각도를 이용하는 회절 구조를 위한 가변 효율 전기 습윤(EW) 회절 격자를 갖는 광학 소자의 개요도이며;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 가변 효율 전기 습윤(EW) 회절 격자를 사용하여 후방 조명 직시형 디스플레이의 화소의 하나의 가능한 구현예를 보이는 개요도이며;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 컬러 디스플레이를 위한 화소 체계의 구현예를 보이는 개요도이며;
도 6a 내지 6c는 본 발명의 실시예들에 따른, 렌즈 어레이가 없고(도 6a) 렌즈 어레이는 가지는(도 6b-6c) 컬러 디스플레이들을 위한 각종 구현예들을 보이는 개요도들이며;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 전자 기기의 요소(예컨대, 디스플레이)에서 전기 습윤(EW) 회절 격자들을 사용하여 전기 제어 신호로써 광 세기의 변조를 제공하기 위한 전자 기기의 블록도이다.
새로운 방법, 장치와 소프트웨어 상품이 전자 기기의 전기 습윤(EW) 회절 격 자를 전기 제어 신호와 함께 사용하는 광 세기의 변조를 위해 제시된다. EW 회절 격자들은 전자 기기의 요소(예컨대, 디스플레이)의 구성요소들일 수 있다. 본 발명의 실시예들은 전기 습윤(EW)을 이용하여 가변 효율 회절 격자들을 구현하는 기술적 해법을 제공한다.
예를 들면, 하나의 해법은, 예컨대, EW 회절 격자를 컬러형 화소로서 사용하여 계속해서 조정가능한 화소 세기들을 갖는 직시형 컬러 디스플레인데, 그것은, 아래서 설명된 바와 같이, 고속 응답시간과 리프레시 속도를 제공한다. 다른 애플리케이션들은 투사형 디스플레이, 전방(front) 조명 디스플레이, 필드 순차 디스플레이, 자동 입체 디스플레이 등일 수 있다. 또한, 광 빔 분리 및/또는 방향 재지정을 이용하는 영역들을 포함할 수 있는(그러나 제한되지 않는) 디스플레이 외의 영역의 애플리케이션도 가능하다. 하나의 그러한 애플리케이션은 예컨대 다중화 애플리케이션들에서 도파관들 사이에 광을 스위치하는 효과를 사용할 수 있는 광 통신일 수 있다.
도 1a 및 1b는 표면의 습윤성에 관해서 표면 장력과 모세관 효과를 보여주는 개요도이다. 표면의 습윤성은 매우 이른바 접촉각도(φ)에 의해 기술된다. 친수성 표면들을 위해, 접촉각도는 90도 미만인데, 그것은 액체와 표면 사이의 점착력이 액체의 응집력보다 더 큰 것을 의미한다. 그 다음 소량의 물(1a)은 응집력이 증가한 표면적 때문에 충분히 강하게 되어 액체의 추가 분산을 방지하기까지 점착력 덕분에 표면에서 퍼져나간다. 또한, 액체는 모세 혈관 속으로 끌어 넣어질 것이고, 만일 다른 단이 개방되면(도 1a를 보면 각도 φ1은 90도 미만) 그것에 가득 찰 것이다.
반면에, 만일 표면이 발수성(water repellent)이라면, 접촉각도는 90도보다 더 크다(도 1b의 각 φ1). 이 경우, 액체의 응집력은 표면 접착력보다 더 크고 작은 액적(1b)이 형성된다. 또한, 모세관 효과는 역방향으로 일을 할 것이고 액체에 대해 바깥방향의 "모세관 압력"을 유발하여 액체가 공동을 채우는 것을 방지할 것이다.
전기 습윤(EW) 격자의 작용 원리는 무엇보다도 a) 도 2a의 제로 제어 전압; b) 도 2b의 가변 제로 아닌 제어 전압을 위한 가변 효율 전기 습윤(EW) 회절 격자를 갖는 광학 소자(20)의 개요도들 중의 일 예를 보이고 있는, 본 발명의 실시예에 따른 도 2a 및 2b로부터 이해될 수 있다.
광학 소자(20)는, 굴절률 n을 갖는 유전성 광학 재료로 이루어지고 구조 높이 h와 구조 주기 d를 갖는 구조(23)를 갖는 제1표면(21), 및 제2표면(22)을 포함한다. 제1표면(21)은 소수성 재료(13)에 의해 덮여 있는데, 이 소수성 재료는 미리 선택된 액체들에 대해 회절 격자(12)의 습윤성을 감소한다. 전기 전도성 재료의 전극 층(11)은 제2표면(22) 위에 형성된다. 전극 층(11)은 광학적으로 투명성 또는 반사성(예컨대, 금속) 재료로 만들어질 수 있다. 끝으로, 언급된 상기 미리 선택된 액체들 중의 하나로 구성된 굴절률 k을 갖는 균일 액체 층(14)(선택적으로는 전기 전도성)이 회절 격자(12)의 제1표면(21) 위에 배치되는데, 굴절률 n과 k는 실질적 으로 동일하다, 즉 k는 회절 격자(12)의 굴절률과 거의(closely) 일치하도록 선택된다. 하나의 가능한 계수(률) 일치 액체/재료 결합은 물과 테플론이다. 둘 다는 약 1.3의 굴절률을 가지고 테플론에 대한 물의 접촉(contact)은 90도보다 더 크다(통상 108 정도). 다른 가능성은 미리 선택된 액체에 대해 통상 소수성이 아닌 계수 일치 유전성 재료를 사용하고 그것을 적당한 비 습윤제(non-wetting agent)로 피복하는 것이다. 가능한 표면처리제들은, 예컨대 유기실란(organosilane) 화합물 또는 불소화 중합체이(지만 그것들에 제한되지는 않는)다.
도 2a에 보인 바와 같이 균일 액체 층(14)과 전극 층(11) 사이에 인가되는 전기장이 없을 경우, 균일 액체 층(14)은 구조(23)의 정상 아래에 형성된 공기 주머니 영역(10)에 들어가지 않는다. 이것은 광학 소자(20)의 매개변수들의 적합한 선택에 의해 용이하게 된다. 예를 들면, a) 회절 격자(12)의 격자 주기 d, b) 균일 액체 층(14)의 액체의 표면 장력, 및 c) 비 점착 처리(제1표면(21)은 소수성 재료(13)에 의해 덮여진다)로 인한 습윤성에서의 적절한 감소의 적당한 선택과 조화(balancing)는, 도 1a에 보인 바와 같이 균일 액체 층(14)의 액체가 공기 주머니 영역(10)에 들어가는 것을 방지할 것이다. 실제로, 제1표면(21)의 임계 표면 장력은 균일 액체 층(14)에서의 액체의 표면 장력 미만이어야만 반발하는 모세관 압력이 액체에 발휘되는 것을 용이하게 한다. 이 경우, 격자를 통과하는 입사 광 빔(17)은 회절 격자(12)의 굴절률 n과 1과 동일한 공기 주머니 영역(10)의 굴절률 사이의 차이로 인한 위상 변조를 겪게 될 것이다. 이것은 반사된 광 빔(18) 및 투과된 광 빔(19) 둘 다를 위한 다른 방향들로 전파하는 수 개의 회절 차수들로 광 빔(17)이 분리되게 할 것이다.
주어진 회절 차수에서의 광 세기는 회절 격자(12)의 형상 및 변조 영역(구조(23))의 높이 h에 의존한다. 더군다나, 허용된 회절 차수들의 수는 회절 격자(12)의 주기 d에 의존하고, 0의 회절 차수(직접 반사되거나 투과된 광 빔) 및 1의 회절 차수만이 허용되도록 선택될 수 있다. 게다가, 회절 격자(12)의 격자 프로파일의 적당한 선택을 위해(예컨대, 직사각형 또는 경사진 구조를 사용하여, 구조 높이 h를 가변하여 등으로), 광 빔의 대부분을 바로 1의 회절 차수로 향하게 하고 그래서 정반사성으로(specularly) 반사되거나 곧바로 투과된 광 빔을 효과적으로 나오지 못하게 하는 것이 가능하다.
회절 효율, 즉 주어진 회절 차수에 향하게 되는 광 빔의 양의 조정가능성은 공기 주머니 영역(10)의 액체의 표면 높이를 바꾸기 위해 전기 습윤(또는 정전압)의 이용에서 온다. 전기 습윤의 원리는 잘 알려져 있고, 예컨대, 액체 방물들을 표면들 위에서 또는 모세관 공간들 내에서 이동시키기 위해 이용되고 있다(예컨대, N. K. Sheridon의 미국 특허번호 제5,659,330호의 "Electrocapillary Color Display Sheet"를 참고한다).
본 발명의 실시예에 따르면, 전압 구동기(16)가 애플리케이션에 따라 광학적으로 투명하거나 반사성일 수 있는 전극 층(11)과 전기 전도성 액체 층(14)에 연결된다. 예를 들면, 전압 구동기(16)를 사용하여 균일 액체 층(14)과 상기 전극 층(11) 사이에 인가되는 미리 결정된 전기장이 있을 때, 도 2b에 보인 것처럼, 균일 액체 층(14)은 미리 결정된 전기장을 인가하는 것에 의해 유발되는 제1표면(21) 의 증가된 습윤성과 모세관 효과 덕분에 도 2b에 보인 바와 같이 공기 주머니 영역(10)에 미리 결정된 값만큼 들어간다. 이것은 회절 격자(12)의 회절 효율을 변경하고 뒤이어서 투과된 광 빔(19a) 및/또는 반사된 광 빔(18a)의 광 세기를 변경한다.
도 2b에 보인 것처럼, 정전 전기장에 의해 균일 액체 층(14)에 발휘된 정전압이 반발하는 모세관 압력을 초과하도록 하거나, 액체와 제1표면 사이의 접촉각도가 전기 습윤 때문에 90도 미만으로 감소되도록 하는 충분히 높은 전압(즉, 전압 구동기(16)에 의해 제공된 전기장)이 인가될 때, 액체는 공기 주머니(10) 내부로 더 깊숙이 이동할 것이다. 만일 공기 주머니 영역(10) 내부의 공기가 구조로부터 탈출할 수 있으면, 균일 액체 층으로부터 공기 주머니 영역에의 액체 속으로의 이동하는 액체는 격자 구조를 완전히 채울 것이다. 공기 주머니(10)를 상기 액체로 채우는데 필요한 전압은 회절 격자(12)의 격자 주기 d, 바닥 전극(11) 및 상단 전극(14)(도전성 액체) 사이의 거리, 균일 액체 층(14)에서의 액체의 표면 장력, 및 제1표면(21)의 임계 표면 장력에 의존하거 그것들을 조정하는 것에 의해 조절될 수 있다.
액체의 굴절률 k가 회절 격자(12)의 굴절률 n에 거의 일치되기 때문에, 구조는 광학적으로 균일하게 될 수 있고 그래서 채워지지 않은 격자로써 얻어진 광의 위상 변조를 효과적으로 파괴할 것이다. 모세관 압력이 정전압을 초과하거나 액체와 제1표면(21) 사이의 접촉각도가 90도보다 더 큰 경우에 전압의 임계 전압 미만으로의 뒤이은 감소는, 순수 반발력이 액체에 발휘되게 하여 공기 주머니 영역으로 부터 액체가 제거되게 하고, 그래서 회절 및 비회절(균일) 상태들 사이의 회절 격자의 스위칭을 용이하게 한다. 회절 격자를 스위칭하기 위한 응답 시간은 작은데 그것은 표면 높이의 매우 작은 조정만이 필요하기 때문이다. 1㎛의 구조 높이와 10㎝/s의 액체 전면(front) 속도를 갖는 격자에 대해, 상응하는 응답 시간은 대략 10㎲이다.
계속해서 조정가능한 회절 효율은 공기 주머니 영역(10) 내부의 공기가 구조에 갇혀 있는 격자 구조를 선택하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 그때 공기 주머니는 액체가 격자 구조를 완전히 채우는 것을 방지하는 스프링으로서 기능을 하고 그래서 인가되는 전압을 전압 구동기(16)에 의해 가변하는 것에 의해 공기 주머니 영역(10)의 액체 레벨을 제어하는 것을 허용한다. 액체 층(14)의 굴절률 k가 회절 격자(12)의 굴절률 n에 거의 일치되기 때문에, 액체 높이를 변경하는 것은 광학 소자(20)를 통과하(투과되거나 반사되)고 난 후에 광 빔(17)의 위상 변조의 양을 직접적으로 변경한다. 이것은 회절 격자(12)의 회절 효율을 변경하는 것에 기여하고 주어진 회절 차수로 되는 광 빔의 세기를 바꾸는 것을 허용한다.
회절 효율의 계속 조정가능성을 얻기 위한 다른 가능성은, 본 발명의 실시예에 따르면, 균일 액체 층(14)(예컨대, 도 3 참조)의 표면 법선에 관해서 가변하는 측벽 각도를 갖는 격자 구조를 선택하는 것이다. 이 경우, 액체 층은, 균일 액체 층과 구조 표면(13)의 접선(tangent) 사이의 각도가 액체의 표면 장력과 구조(12) 및/또는 그것의 표면 처리에서 사용된 재료의 임계 표면 장력에 의해 설정된 접촉각도와 동일한 깊이로 공기 주머니 영역(10) 속으로 침투할 것이다. 그 다음 침투 깊이와 그래서 회절 효율은 전극(11)과 균일 액체 층(14) 사이에 전기 습윤 때문에 효과적인 접촉각도의 변경을 유발할 것인 전압을 인가하는 것에 의해 조정될 수 있다.
도 2a 및 2b의 예들은 전기 전도성 균일 액체 층(14)을 사용한다. 하지만 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 비 전도성(도전성) 액체를 사용하는 것 또한 가능할 수 있다. 이 경우, 액체 층은 다른 전극(예컨대, 선택적으로 광학적으로 투명한)에 의해 덮여셔 평행판 커패시터를 형성할 수 있다. 전압이 판들에 인가될 때, 액체에 작용하는 힘이 있을 것인데, 그것은 시스템의 총 에너지가 채워진 그루브와 채워지지 않은 그루브에 대해 다르기 때문이다. 이것은 액체 방울을 2개의 평행판 커패시터들 사이에서 이동시키기 위해 Pesant 등의 미국 특허 제4,701,021호의 "Optical Modulator"에서 이용되는 것과 동일한 효과이다. 이 경우 힘은 액체의 유전체 투자성(dielectric permeability)에 의존하며, 그래서, 만일 비 전도성 액체가 EW 회절 격자들에서 사용되면, 가능한 한 높은 유전체 투자성을 갖는 액체를 선택하는 것이 유익할 수 있다.
광 세기의 변조 및/또는 광 빔의 방향 재지정(re-directing)을 위해, 다층 구조가 하나(예컨대, 격자 구조들 및 전극들을 상단 및 바닥 기판들 둘 다에서 사용함) 또는 다수의 액체 층(14 처럼)을 그것들 사이에 갖는 다중 전기-습윤(EW) 회절 격자 구조들(예컨대, 회절 격자들(12)에 유사함)을 이용할 수 있다는 것에 주의한다. 또한, 공기 대신에 다른 약간의 액체들이 공기 주머니 영역(10)에 대체물로서 사용될 수 있다.
본 발명의 추가 실시예들에 따른 실제적인 몇 개의 경우는 아래에 기술된다.
첫째로, 공기가 공기 주머니 영역으로부터 격자 그루브들의 방향에 있는 측으로 달아날 수 있다고 가정한다. 이 경우, 외부 전압이 문턱값(그것은 문턱 전기장과 동등하다)을 초과할 때 격자는 잠그질 것이고, 그때 전기 습윤 효과(또는 전기장에 의해 유발된 정전압)는 접촉각도가 90도 미만으로 감소되도록 할 것이다.
둘째로, 공기가 공기 주머니 영역으로부터 달아날 수 있고 외부 전압 V는 문턱값(또는 문턱 전기장)보다 더 작다고 가정한다. 그러면, 가변 측벽 각도(미리 결정된 알고리즘에 따름)를 갖는 격자 구조를 사용하여 가변하는 회절 효율은 도 3에서 묘사된 것처럼 달성될 수 있다. 주어진 전압에서, 수위(water level)는 표면 접선과 물 전면(water front) 접선 사이의 각도가 전기 습윤에 의해 설정된 접촉각도와 동일한 깊이까지 침투할 것이다.
셋째, 공기가 공기 주머니 영역으로부터 달아날 수 없고 외부 전압 V는 문턱값(또는 문턱 전기장)보다 더 작다고 가정한다. 이 경우, 침투 깊이는 공기 주머니에서의 외향 공기압, 외향(outward) 모세관 압력, 및 내향(inward) 정전압 사이의 평형 조건에 의해 설정될 것이다(예컨대, 도 2b의 예를 참조).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 가변 효율 전기-습윤(EW) 회절 격자(12)를 갖는 광학 소자(20)를 사용하는 후방 조명 직시형 디스플레이에서 화소(24)의 가능한 구현예(예컨대, 계조)를 위한 개요도의 일 예이다. 여기서, EW 격자를 통과하는 입사 광 빔(17)(예컨대, 조명 광)은 0(빔 28)과 1(빔 27)의 회절 차수 간에 분리된다. 곧바로 투과된 광(28)은 그것을 사용자가 보는 것을 방지하는 흡수체(26)에 의 해 차단된다. 한편, 1차 회절된 광(빔 27)은 사용자 쪽으로 향하게 되고 관측될 수 있다. 화소 세기는, 본 발명의 실시예들을 사용하여 위에서 설명된 바와 같이, EW 회절 격자(12)의 조정가능성을 사용하는 것에 의해 또는 독립적으로 스위치 온/오프될 수 있는 몇 개의 평행한 부화소들을 사용하는 것에 의해 1차 회절 차수에 대한 회절 효율을 변경함으로써 조정될 수 있다.
도 4에 기술된 실시예의 직접적인 확장은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 도 5에서 묘사된 바와 같은 컬러 디스플레이의 예이다. 여기서, 상응하는 화소들(24r, 24g 및 24b)에서의 상응하는 광학 소자들(20r, 20g 및 20b)의 EW 회절 격자들에서 사용되는 액체는 적당한 색(예컨대, 적색, 녹색 및 청색)으로 물들여져(염색되어) 소자들(20r, 20g 및 20b)의 각각은 하나의 파장 대역만을 통과시키는데, 그것은, 예컨대, 상응하는 투과된 광 빔들(34r, 34g 및 34b)을 사용하여 다른 색들을 디스플레이하는 것을 허용한다. 대신에, 색필터들이 적절한 색들을 선택하기 위해 사용될 수 있다.
도 6a 내지 6c는, 본 발명의 실시예들에 따른, 직시형 디스플레이 애플리케이션들에서 전기-습윤 격자들을 사용하며 렌즈 어레이를 갖지 않는(도 6a) 및 렌즈 어레이를 갖는(도 6b-6c) 컬러 디스플레이들을 위한 각종 구현 체계들을 위한 추가 예들을 제공한다.
도 6a는 도 2a, 2b, 3 및 4에 보인 것들과 유사한 배치구성을 보이고 있다. 도 6a에서, 흡수체들(또는 차단 흡수체들)의 위치들은 보인 바와 같은 입사 광 빔(17)을 갖는 양호한 제조성(manufacturability)을 제공하기 위해 도 4 및 5와 직 접 비교되게 선택된다. 색필터들인 50r(적색), 50g(녹색) 및 50b(청색)은 색 분리를 위해 도시된 바와 같이 3개의 연속하는 화소들에서 사용된다. 또한 광학적으로 투명한 전극(11)이 전기 접점을 제공하기 위해 사용된다.
도 6b 및 6c는 부가의 렌즈 어레이를 이용한다. 이 애플리케이션들에서, 많은 허용된 회절 차수(도 6a에서 제시된 이전의 경우와 동일한 바로 그것 대신에)를 갖는 더 긴 주기의 격자들을 사용하는 것은 가능하다. 이것은 집속 동작과 함께 격자들이 조명 광의 입사 매개변수들(예컨대 입사 각도)에 대해 덜 민감하게 한다. 도 6b 경우에, 격자는 광을 양 및 음의 회절 차수(주로 +1 및 -1)로 대칭적으로 분리하는 2진 프로파일을 가질 수 있다. 그래서 화소는 인가된 전압이 없을 때 온 되고 전압이 인가될 때 오프된다. 도 6c에서 상황은 역전된다. 도 6b 및 6c 둘 다에서, 색필터들인 50r(적색), 50 g(녹색) 및 50b(청색)은 광학적으로 투명한 전극(11)과 관련하여 사용되고, 광학적으로 투명한 광학 창들(52)이 사용된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 전자 기기(40)의 요소(예컨대, 디스플레이)에서 전기 습윤(EW) 회절 격자를 사용하여 전기 제어 신호로써 광 세기의 변조를 제공하기 위한 전자 기기(40)의 블록도의 예이다.
디스플레이(48)의 개개의 화소들을 위한 광 세기의 순간적인 소망의 값에 대한 정보를 포함하여 광 세기 변조 신호(50)가 광 세기 선택기(42)에 제공된다. 대신에, 사용자(41)가 디스플레이(48)의 모든 화소들의 광 세기를 위한 소망의 값(예컨대, 소망의 평균 세기 레벨)을 포함하는 광 세기 명령 신호(50a)를 제공할 수 있어, 소망의 바이어스를 제공할 수 있다.
신호들(50 및/또는 50a)에 응답하여, 광 세기 선택기(42)는 디스플레이(48)의 각 화소를 통해 투과되거나 반사되는 광 세기의 소망의 레벨을 표시하는 세기 선택 신호(52)를 전압 구동기(44)에 제공한다. 더욱이, 신호(52)에 응답하여, 전압 구동기(44)가 전기-습윤 제어 신호(54)를 디스플레이에 통합된 화소들(본 발명의 실시예들에 의해 위에서 설명된 광학 소자들)의 각각에 개별적으로 제공함으로써, 언급된 광학 소자들에서의 균일 액체 층(예컨대, 도 2b의 14)과 전극 층(11) 사이에 인가되는 전기장을 제공하여 광 세기의 소망의 레벨을 추가로 제공한다.
또한, 소망의 평균 세기 레벨이 만족스러운지를 검증하기 위한 신호(56)가 사용자(41)에 대한 피드백 신호로서 도 7에서 보이고 있다. 블록들(42 및 44)은 본 발명의 실시예에 따라 결합될 수 있다는 것에 주의한다. 그에 더하여, 예컨대, 변조 및 "바이어스" 신호들을 별개로 제공하기 위해 하나를 넘는 전압 구동기가 있을 수 있다는 것에 주의한다.
위에서 설명된 바와 같이, 본 발명은 방법과 이 방법의 단계들을 수행하기 위한 기능을 제공하는 각종 모듈들로 구성된 상응하는 장치 둘 다를 제공한다. 모듈들은 하드웨어로서 구현될 수 있거나, 컴퓨터 프로세서에 의한 실행을 위한 소프트웨어 또는 펌웨어로서 구현될 수 있다. 특히, 펌웨어 또는 소프트웨어의 경우에, 본 발명은 컴퓨터 프로세서에 의한 실행을 위한 컴퓨터 프로그램 코드(즉, 소프트웨어 또는 펌웨어)를 그 속에 수록한 컴퓨터 판독가능 저장 구조를 구비한 컴퓨터 프로그램 제품으로서 제공될 수 있다.
위에서 설명된 구성들은 단지 본 발명의 원리들의 응용을 예시하기 위해서임 이 이해된다. 다수의 변형과 대체 배치구성들은 이 기술분야의 숙련된 자들에 의해 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 고안될 수 있고, 첨부의 청구항들은 그런 변형들과 배치구성들을 커버하도록 의도되고 있다.

Claims (35)

  1. 회절 격자; 균일 액체 층; 및 전극 층을 포함하는 장치로서,
    상기 회절 결자는 굴절률 n을 갖는 유전성 광학 재료를 포함하는 회절 격자로서, 구조 높이 h와 구조 주기 d를 가지는 구조를 갖는 제1표면과, 제2표면을 포함하며, 제1표면은 미리 선택된 액체에 대해 회절 격자의 습윤성을 감소시키는 소수성 재료에 의해 덮여 있는 회절 격자이며;
    상기 균일 액체 층은 상기 미리 선택된 액체들 중의 하나로 구성되는 굴절률 k를 갖는 균일 액체 층으로서, 상기 굴절률 n 및 k가 동일하며, 상기 균일 액체 층은 상기 회절 격자의 상기 제1표면 위에 배치되며, 상기 장치의 매개변수들은,
    a) 상기 균일 액체 층에 생성된 전기장이 없을 때, 상기 균일 액체 층은 상기 구조의 정상 아래에 형성된 공기 주머니 영역에 들어가지 않게끔 구성되도록, 그리고
    b) 미리 결정된 전기장이 상기 균일 액체 층에 생성되어 있을 때, 상기 제1표면의 모세관 효과와 증가된 습윤성으로 인해, 상기 균일 액체 층은 상기 구조의 정상 아래에 형성된 상기 공기 주머니 영역에 미리 결정된 값만큼 들어가고, 상기 회절 격자에 의해 통과되거나 반사되는 광 빔의 광 세기를 가변하기 위해 회절 격자의 회절 효율을 변경하게끔 구성되도록 선택되는 균일 액체 층; 및
    상기 전극 층은 상기 제2표면 위에 형성된 전기 전도성 재료의, 상기 전기장을 생성하도록 구성된 전극 층인 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기장 또는 상기 미리 결정된 전기장은 상기 균일 액체 층과 상기 전극 층 사이에 전압을 인가하는 것에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    균일 액체 층 위에 형성된 전기 전도성 재료의 추가 전극 층을 더 포함하며, 상기 전기장 또는 상기 미리 결정된 전기장은 상기 추가 전극 층과 상기 전극 층 사이에 전압을 인가하는 것에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광학 소자의 상기 매개변수들은 상기 구조 주기 d, 균일 액체 층의 액체의 표면 장력 및 상기 소수성 재료의 습윤성을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회절 격자는 미리 결정된 알고리즘에 따라 직사각형 프로파일, 경사형 프로파일 또는 완만하게 변하는 벽 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전극 층은 광 빔에 대해 투명한 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 회절 격자가 상기 미리 결정된 색을 갖는 광 빔만을 투과하게끔 구성되도록 하기 위해 상기 균일 액체 층은 미리 결정된 광 색으로 물들여지거나 색 필터가 상기 균일 액체 층 앞에서 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 회절 격자의 상기 매개변수들은 상기 회절 격자가 상기 회절 격자를 통하여 전해지는 투과된 광 빔의 1차 및 0차 투과 회절 모드들만을 지원하게끔 구성되도록 선택되고, 상기 투과된 광 빔의 0차 투과 회절 모드 성분은 차단되고 상기 투과된 광 빔의 1차 투과 회절 모드 성분은 상기 장치의 사용자로 향하게 되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 투과된 광 빔의 상기 1차 투과 회절 모드 성분의 광 세기는 상기 전기장에 의해 회절 격자의 회절 효율을 변경하는 것에 의해 가변되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광 빔은 상기 회절 격자에 의해 투과되거나 반사되기 전에 상기 회절 격자의 제1표면에 의해 수신되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 균일 액체 층에서 생성된 전기장이 문턱 전기장을 초과할 때 공기는 상기 공기 주머니 영역으로부터 빠져나가고, 상기 공기 주머니 영역은 상기 균일 액체 층에 의해 완전히 채워지는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 균일 액체 층에서 생성된 전기장이 문턱 전기장보다 작을 때 공기는 상기 공기 주머니 영역으로부터 빠져나가고 상기 공기 주머니 영역은 미리 결정된 값만큼 상기 균일 액체 층에 의해 채워지고, 상기 회절 격자의 주기성 라인들은 미리 결정된 알고리즘에 따라 완만하게 바뀌는 벽 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 균일 액체 층에서 생성된 전기장이 문턱 전기장보다 클 때 상기 공기 주머니 영역의 공기는 상기 공기 주머니 영역으로부터 빠져나갈 수 없고 상기 공기 주머니 영역은 미리 결정된 값만큼 상기 균일 액체 층에 의해 채워지고, 상기 미리 결정된 값은 상기 공기 주머니의 상기 공기에 의해 제공된 압력을 사용하여 평형 조건에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 광학 소자에 의해 광 빔을 수신하는 단계로서, 상기 광학 소자는,
    굴절률 n을 갖는 유전성 광학 재료를 포함하는 회절 격자로서, 구조 높이 h와 구조 주기 d를 가지는 구조를 갖는 제1표면과, 제2표면을 포함하며, 제1표면은 미리 선택된 액체들에 대해 회절 격자의 습윤성을 감소시키는 소수성 재료에 의해 덮여 있는 회절 격자;
    상기 제2표면 위에 형성된 전기 전도성 재료의, 전기장을 생성하기 위한 전극 층;
    상기 미리 선택된 액체들 중의 하나로 구성되는 굴절률 k를 갖는 균일 액체 층으로서, 상기 굴절률 n 및 k가 동일하며, 상기 균일 액체 층은 상기 회절 격자의 상기 제1표면 위에 배치되며, 상기 광학 소자의 매개변수들은,
    a) 상기 균일 액체 층에 생성된 전기장이 없을 때, 상기 균일 액체 층은 상기 구조의 정상 아래에 형성된 공기 주머니 영역에 들어가지 않도록, 그리고
    b) 미리 결정된 전기장이 상기 균일 액체 층에 생성되어 있을 때, 상기 제1표면의 모세관 효과와 증가된 습윤성으로 인해, 상기 균일 액체 층은 상기 구조의 정상 아래에 형성된 상기 공기 주머니 영역에 미리 결정된 값만큼 들어가고, 상기 회절 격자에 의해 통과되거나 반사된 광 빔의 광 세기를 가변하기 위해 회절 격자의 회절 효율을 변경하도록 선택되는 균일 액체 층을 포함하는 단계; 및
    상기 미리 결정된 전기장을 가변하고, 그래서 상기 균일 액체 층이 상기 공기 주머니 영역에 들어가게 하는 미리 결정된 값을 변경시켜 회절 격자의 회절 효율의 추가 변경을 유발함으로써 광학 소자를 통하여 전파되거나 반사되는 광 빔의 광 세기를 가변하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전기장 또는 상기 미리 결정된 전기장은 상기 균일 액체 층과 상기 전극 층 사이에 전압을 인가하는 것에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 광학 소자는 균일 액체 층 위에 형성된 전기 전도성 재료의 추가 전극 층을 더 포함하며, 상기 전기장 또는 상기 미리 결정된 전기장은 상기 추가 전극 층과 상기 전극 층 사이에 전압을 인가하는 것에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 삭제
  18. 제14항에 있어서, 상기 광학 소자의 상기 매개변수들은 상기 구조 주기 d, 균일 액체 층의 액체의 표면 장력 및 상기 소수성 재료의 습윤성을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 회절 격자는 미리 결정된 알고리즘에 따라 직사각형 프로파일, 경사형 프로파일 또는 완만하게 변하는 벽 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 전극 층은 광 빔에 투명한 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제14항에 있어서, 회절 격자가 상기 미리 결정된 색을 갖는 광 빔만을 투과하도록 하기 위해 상기 균일 액체 층은 미리 결정된 광 색으로 물들여지거나 색 필터가 상기 균일 액체 층 앞에서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제14항에 있어서, 상기 회절 격자의 상기 매개변수들은 상기 회절 격자가 상기 회절 격자를 통하여 전해지는 투과된 광 빔의 1차 및 0차 투과 회절 모드들만을 지원하도록 선택되고, 상기 투과된 광 빔의 0차 투과 회절 모드 성분은 차단되고 상기 투과된 광 빔의 1차 투과 회절 모드 성분은 상기 광학 소자의 사용자로 향하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 투과된 광 빔의 상기 1차 투과 회절 모드 성분의 광 세기는 상기 전기장에 의해 회절 격자의 회절 효율을 변경하는 것에 의해 가변되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제14항에 있어서, 상기 광 빔은 상기 회절 격자에 의해 투과되거나 반사되기 전에 상기 회절 격자의 제1표면에 의해 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제14항에 있어서, 상기 균일 액체 층에서 생성된 전기장이 문턱 전기장을 초과할 때 공기는 상기 공기 주머니 영역으로부터 빠져나가고, 상기 공기 주머니 영역은 상기 균일 액체 층에 의해 완전히 채워지는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제14항에 있어서, 상기 균일 액체 층에서 생성된 전기장이 문턱 전기장보다 작을 때 공기는 상기 공기 주머니 영역으로부터 빠져나가고 상기 공기 주머니 영역은 미리 결정된 값만큼 상기 균일 액체 층에 의해 채워지고, 상기 회절 격자의 주기성 라인들은 미리 결정된 알고리즘에 따라 완만하게 바뀌는 벽 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제14항에 있어서, 상기 균일 액체 층에서 생성된 전기장이 문턱 전기장보다 클 때 상기 공기 주머니 영역의 공기는 상기 공기 주머니 영역으로부터 빠져나갈 수 없고 상기 공기 주머니 영역은 미리 결정된 값만큼 상기 균일 액체 층에 의해 채워지고, 상기 미리 결정된 값은 상기 공기 주머니의 상기 공기에 의해 제공된 압력을 사용하여 평형 조건에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 적어도 하나의 광학 소자; 및 상기 적어도 하나의 광학 소자를 포함하는 요소를 포함하는 전자 기기로서,
    상기 적어도 하나의 광학 소자는,
    굴절률 n을 갖는 유전성 광학 재료를 포함하는 회절 격자로서, 구조 높이 h와 구조 주기 d를 가지는 구조를 갖는 제1표면과, 제2표면을 포함하며, 제1표면은 미리 선택된 액체들에 대해 회절 격자의 습윤성을 감소시키는 소수성 재료에 의해 덮여 있는 회절 격자;
    상기 제2표면 위에 형성된 전기 전도성 재료의, 전기장을 생성하기 위한 전극 층;
    상기 미리 선택된 액체들 중의 하나로 구성되는 굴절률 k를 갖는 균일 액체 층으로서, 상기 굴절률 n 및 k가 동일하며, 상기 균일 액체 층은 상기 회절 격자의 상기 제1표면 위에 배치되며, 상기 광학 소자의 매개변수들은,
    a) 상기 균일 액체 층에 생성된 전기장이 없을 때, 상기 균일 액체 층은 상기 구조의 정상 아래에 형성된 공기 주머니 영역에 들어가지 않게끔 구성되도록, 그리고
    b) 미리 결정된 전기장이 상기 균일 액체 층에 생성되어 있을 때, 상기 제1표면의 모세관 효과와 증가된 습윤성으로 인해, 상기 균일 액체 층은 상기 구조의 정상 아래에 형성된 상기 공기 주머니 영역에 미리 결정된 값만큼 들어가고, 상기 회절 격자에 의해 통과되거나 반사된 광 빔의 광 세기를 가변하기 위해 회절 격자의 회절 효율을 변경하게끔 구성되도록 선택되는 균일 액체 층을 포함하는 전자 기기.
  29. 제28항에 있어서, 상기 전자 기기는 디스플레이고, 상기 광학 소자는 상기 디스플레이의 화소인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  30. 제28항에 있어서, 상기 전자 기기는 투사형 디스플레이, 전방 조명 디스플레이, 필드 순차 디스플레이 또는 자동 입체 디스플레이인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  31. 제28항에 있어서,
    광 세기 변조/명령 신호에 응답하여, 상기 광 세기 변조 명령 신호에 응하는 세기 선택 신호를 하나 이상의 전압 구동기에 제공하는 광 세기 선택기/스위치를 더 포함하며, 상기 세기 선택 신호는 상기 회절 격자를 통해 투과되거나 반사되는 광 빔의 광 세기의 선택된 레벨을 표시하고,
    상기 하나 이상의 전압 구동기는 광 세기 선택/변조 신호의 수신에 응답하여, 상기 미리 결정된 전기장을 가변하기 위해 상기 균일 액체 층과 상기 전극 층 사이에 인가되는 전기장을 제공하기 위해 상기 요소의 광학 소자에 전기-습윤 제어 신호를 제공하며 추가로 상기 균일 액체 층이 상기 공기 주머니 영역에 들어가게 하는 미리 결정된 값을 변경하여 회절 격자의 회절 효율의 추가 변경을 유발하며, 광학 소자를 통해 전파되거나 반사되는 광 빔의 광 세기를 가변하여 상기 선택된 레벨의 광 세기를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  32. 제31항에 있어서, 광 세기 선택기/스위치와 적어도 하나의 전압 구동기는 하나의 블록에 결합되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  33. 회절 수단; 액체 수단; 및 전기 전도성 수단을 포함하는 장치로서,
    상기 회절 수단은 굴절률 n을 갖는 유전성 광학 재료를 포함하는 회절 수단으로서, 구조 높이 h와 구조 주기 d를 가지는 구조를 갖는 제1표면과, 제2표면을 포함하며, 제1표면은 미리 선택된 액체들에 대해 회절 격자의 습윤성을 감소시키는 소수성 재료에 의해 덮여 있는 회절 수단이며;
    상기 액체 수단은 상기 미리 선택된 액체들 중의 하나로 구성되는 굴절률 k를 갖는 액체 수단으로서, 상기 굴절률 n 및 k가 동일하며, 상기 액체 수단은 상기 회절 격자의 상기 제1표면 위에 배치되며, 장치의 매개변수들은,
    a) 상기 액체 수단에 생성된 전기장이 없을 때, 상기 액체 수단은 상기 구조의 정상 아래에 형성된 공기 주머니 영역에 들어가지 않게끔 구성되도록, 그리고
    b) 미리 결정된 전기장이 상기 액체 수단에 생성되어 있을 때, 상기 제1표면의 모세관 효과와 증가된 습윤성으로 인해, 상기 액체 수단은 상기 구조의 정상 아래에 형성된 상기 공기 주머니 영역에 미리 결정된 값만큼 들어가고, 상기 회절 수단에 의해 통과되거나 반사되는 광 빔의 광 세기를 가변하기 위해 회절 수단의 회절 효율을 변경하게끔 구성되도록 선택되는 액체 수단이며; 그리고
    상기 전기 전도성 수단은 상기 제2표면 위에 형성된 전기 전도성의, 상기 전기장을 생성하기 위한 수단인 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 액체 수단은 균일 액체 층이며, 상기 회절 수단은 회절 격자이고 상기 전기 전도성 수단은 균일 액체 층인 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 저장한 컴퓨터에 의해 판독가능한 저장매체에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램 코드는 컴퓨터 프로세서에 의해 실행되어 제14항 내지 제16항, 제18항 내지 제27항 중 어느 하나의 항의 방법의 단계들을 수행하도록 하는 컴퓨터에 의해 판독가능한 저장매체.
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