Facebook AR/VR專利提出磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的液晶排列布置控制系統(tǒng)

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基于磁場(chǎng)的液晶排列布置控制系統(tǒng)。

（映維網(wǎng) 2021年03月15日）液晶LC器件通常是利用電場(chǎng)來重新定向各向異性液晶分子。在這種器件中，每個(gè)LC分子中對(duì)應(yīng)于像素的LC由局部施加的電場(chǎng)控制。

電子產(chǎn)生的雜散電場(chǎng)往往會(huì)扭曲傳統(tǒng)LC器件中液晶的排列，從而限制所述設(shè)備的最小像素尺寸。由于離子屏蔽作用，施加在LC分子的電場(chǎng)會(huì)受到內(nèi)部離子雜質(zhì)形成的電場(chǎng)的影響，所以傳統(tǒng)LC器件的性能會(huì)隨著時(shí)間的推移而降低。例如，這種離子雜質(zhì)可由紫外光將LC分解成離子而產(chǎn)生。另外，為了維持LC分子排列所需的電場(chǎng)，傳統(tǒng)的LC器件需要連續(xù)的功耗。

日前，美國(guó)專利商標(biāo)局公布了一份Facebook早于2019年9月提交的專利申請(qǐng)。名為“Magnetic field driven liquid crystal patterning control system”的發(fā)明主要介紹了一種磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的液晶排列布置控制系統(tǒng)。

專利主要描述了一種包括多個(gè)像素的液晶排列控制系統(tǒng)。每個(gè)像素包括液晶和磁體。響應(yīng)于磁體的切換，液晶分子重新定向以與磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)基本對(duì)齊。

Facebook指出，所述控制系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，使用磁場(chǎng)而非電場(chǎng)來對(duì)準(zhǔn)液晶允許將像素尺寸減小到低于傳統(tǒng)液晶器件的限制。例如，實(shí)施例的像素尺寸可以小于約1μm，例如約100nm。另外，專利描述的液晶排列布置控制系統(tǒng)不受離子屏蔽的影響。同時(shí)，各向異性磁體的磁化可以在這種磁體切換之后被固定，從而允許液晶能夠與磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)保持對(duì)齊而不產(chǎn)生功率損耗。

圖4是利用磁場(chǎng)重新定向LC的方法說明。面板A顯示了與LC控制系統(tǒng)的像素#400相關(guān)聯(lián)的幾何結(jié)構(gòu)。其中，LC控制系統(tǒng)利用磁場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)LC的重新定向。在專利中，像素指LC分子，其可包括LC和對(duì)準(zhǔn)層以及諸如磁體的驅(qū)動(dòng)方法。

如圖所示，像素#400包括兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)層#402和#406之間的LC層#404、反射層#408和磁體#410。另一實(shí)施例中的像素同時(shí)可以包括與圖示不同的附加層，例如圍繞對(duì)準(zhǔn)層#402和#406的玻璃襯底層、玻璃襯底層的一側(cè)或兩側(cè)之上的偏振層等。

LC為雙折射，這意味著LC的折射率取決于取向。在一個(gè)實(shí)施例中，LC層#404可包括沿光軸具有普通折射率，以及沿垂直于光軸方向的特殊折射率的單軸向列型LC，LC層#404的各向異性分子#405與之對(duì)齊。在這種情況下，可以施加磁場(chǎng)來重新定向光軸，從而改變相對(duì)于入射到LC層#404的光的折射率。結(jié)果，當(dāng)施加磁場(chǎng)時(shí)，通過LC層#404的光的相位將被調(diào)制。

除了調(diào)制光的相位之外，同時(shí)可以使用LC控制系統(tǒng)來調(diào)制光的振幅。例如，一組包括線性偏振器的交叉偏振器偏振以45度角輸入LC的光。

如圖所示，對(duì)準(zhǔn)層#402和#406將LC層#404的分子#405誘導(dǎo)成基本均勻的平面對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)層#402和#406可通過摩擦聚合物表面形成。

如面板B所示，磁場(chǎng)#412通過致使LC分子#405與磁場(chǎng)#412對(duì)準(zhǔn)來重新定向LC分子#405。除了磁體#410側(cè)面的邊緣場(chǎng)，磁場(chǎng)#412基本均勻。

在操作中，來自一個(gè)或多個(gè)發(fā)光組件的光可入射到包括像素陣列的LC控制系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中可以使用偏振光。通常，LC控制系統(tǒng)可以是，空間光調(diào)制器、PBP透鏡、液晶顯示屏幕、變焦透鏡等。通過控制LC控制系統(tǒng)中的像素的狀態(tài)，可以對(duì)光施加空間變化的調(diào)制。

圖5A是LC控制系統(tǒng)#500的橫截面示意圖。如圖所示，LC控制系統(tǒng)#500包括像素陣列，像素陣列包括各自的LCs 502.sub.1到502.sub.N（統(tǒng)稱為L(zhǎng)C#502）和相應(yīng)的磁體506.sub.1到506.sub.N（統(tǒng)稱為磁體#506）。LC控制系統(tǒng)#500的全部或部分組件可以彼此物理接觸，彼此共享基板，彼此層壓，彼此光學(xué)接觸，彼此之間具有折射率匹配流體或光學(xué)膠，和/或彼此之間可以具有空間。

LC#502和磁體#506可由任何技術(shù)可行的材料制成。如所述，LC#502可包括任何合適類型的LC，例如單軸向列相LC、手性向列相LC、雙軸向列相LC等。在一個(gè)實(shí)施例中，磁體#506可包括磁性微顆?；蚣{米顆粒。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用磁性多層膜或垂直磁化膜。LC#502可以是任何合適的形狀和/或尺寸。例如在一個(gè)實(shí)施例中，LC#502中的每一個(gè)可以是幾百納米厚。在一個(gè)實(shí)施例中，LC控制系統(tǒng)#500中的像素的大小可以減小到低于依賴電場(chǎng)的傳統(tǒng)LC期間的限制，包括小于約1μm的像素大小。

入射到LC控制系統(tǒng)#500的光可以穿過LC#502并且被反射層#504反射到用戶或透鏡。換句話說，LC控制系統(tǒng)#500充當(dāng)反射鏡，LC#502調(diào)制入射到其上的光以產(chǎn)生光的空間變化調(diào)制。如上所述，在一些實(shí)施例中，投射到LC控制系統(tǒng)#500的光可以是偏振的。

在一個(gè)實(shí)施例中，磁體#506之間的間隙可由反射材料覆蓋，并且反射層#504可通過在磁體#506和間隙頂部濺射反射材料形成。這樣可以消除衍射。

圖5B是LC控制系統(tǒng)#500的俯視示意圖。導(dǎo)線#508和#510以交叉導(dǎo)線方案布置在磁體#506和LC#502下方。

通過導(dǎo)線#508和#510的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。例如，薄膜晶體管可用于驅(qū)動(dòng)通過導(dǎo)線#508和#510的電流。電流流過導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)為H.l/r，其中l(wèi)是導(dǎo)線中的電流，r是距導(dǎo)線的距離。通過利用磁體#506，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線#508和#510中的兩條以產(chǎn)生在磁體#506各向異性的不同易軸之間切換磁體#506之一所需的矯頑場(chǎng)。磁體#506中的每一個(gè)具有兩個(gè)易軸，可以通過在磁體#506相交的成對(duì)導(dǎo)線#508和#510來驅(qū)動(dòng)電流，以使其磁化朝向易軸之一。

與需要連續(xù)功耗以維持用于對(duì)準(zhǔn)LC的選擇場(chǎng)的傳統(tǒng)LC器件相比，磁化可以保持固定而不消耗功率。之后，電流可能會(huì)通過相同的電線，但方向相反，以切換磁鐵回到它的另一個(gè)容易的軸，從而扭轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向。

相關(guān)專利：

Magnetic field driven liquid crystal patterning control system

https://patent.nweon.com/18027

名為“Magnetic field driven liquid crystal patterning control system”的專利申請(qǐng)最初在2019年9月提交，并在日前由美國(guó)專利商標(biāo)局公布。

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