Facebook AR/VR专利提出磁场驱动的液晶排列布置控制系统

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基于磁场的液晶排列布置控制系统。

映维网 2021年03月15日)液晶LC器件通常是利用电场来重新定向各向异性液晶分子。在这种器件中,每个LC分子中对应于像素的LC由局部施加的电场控制。

电子产生的杂散电场往往会扭曲传统LC器件中液晶的排列,从而限制所述设备的最小像素尺寸。由于离子屏蔽作用,施加在LC分子的电场会受到内部离子杂质形成的电场的影响,所以传统LC器件的性能会随着时间的推移而降低。例如,这种离子杂质可由紫外光将LC分解成离子而产生。另外,为了维持LC分子排列所需的电场,传统的LC器件需要连续的功耗。

日前,美国专利商标局公布了一份Facebook早于2019年9月提交的专利申请。名为“Magnetic field driven liquid crystal patterning control system”的发明主要介绍了一种磁场驱动的液晶排列布置控制系统。

专利主要描述了一种包括多个像素的液晶排列控制系统。每个像素包括液晶和磁体。响应于磁体的切换,液晶分子重新定向以与磁体产生的磁场基本对齐。

Facebook指出,所述控制系统的一个优点是,使用磁场而非电场来对准液晶允许将像素尺寸减小到低于传统液晶器件的限制。例如,实施例的像素尺寸可以小于约1μm,例如约100nm。另外,专利描述的液晶排列布置控制系统不受离子屏蔽的影响。同时,各向异性磁体的磁化可以在这种磁体切换之后被固定,从而允许液晶能够与磁体产生的磁场保持对齐而不产生功率损耗。

图4是利用磁场重新定向LC的方法说明。面板A显示了与LC控制系统的像素#400相关联的几何结构。其中,LC控制系统利用磁场来驱动LC的重新定向。在专利中,像素指LC分子,其可包括LC和对准层以及诸如磁体的驱动方法。

如图所示,像素#400包括两个对准层#402和#406之间的LC层#404、反射层#408和磁体#410。另一实施例中的像素同时可以包括与图示不同的附加层,例如围绕对准层#402和#406的玻璃衬底层、玻璃衬底层的一侧或两侧之上的偏振层等。

LC为双折射,这意味着LC的折射率取决于取向。在一个实施例中,LC层#404可包括沿光轴具有普通折射率,以及沿垂直于光轴方向的特殊折射率的单轴向列型LC,LC层#404的各向异性分子#405与之对齐。在这种情况下,可以施加磁场来重新定向光轴,从而改变相对于入射到LC层#404的光的折射率。结果,当施加磁场时,通过LC层#404的光的相位将被调制。

除了调制光的相位之外,同时可以使用LC控制系统来调制光的振幅。例如,一组包括线性偏振器的交叉偏振器偏振以45度角输入LC的光。

如图所示,对准层#402和#406将LC层#404的分子#405诱导成基本均匀的平面对准。在一个实施例中,对准层#402和#406可通过摩擦聚合物表面形成。

如面板B所示,磁场#412通过致使LC分子#405与磁场#412对准来重新定向LC分子#405。除了磁体#410侧面的边缘场,磁场#412基本均匀。

在操作中,来自一个或多个发光组件的光可入射到包括像素阵列的LC控制系统。在一个实施例中可以使用偏振光。通常,LC控制系统可以是,空间光调制器、PBP透镜、液晶显示屏幕、变焦透镜等。通过控制LC控制系统中的像素的状态,可以对光施加空间变化的调制。

图5A是LC控制系统#500的横截面示意图。如图所示,LC控制系统#500包括像素阵列,像素阵列包括各自的LCs 502.sub.1到502.sub.N(统称为LC#502)和相应的磁体506.sub.1到506.sub.N(统称为磁体#506)。LC控制系统#500的全部或部分组件可以彼此物理接触,彼此共享基板,彼此层压,彼此光学接触,彼此之间具有折射率匹配流体或光学胶,和/或彼此之间可以具有空间。

LC#502和磁体#506可由任何技术可行的材料制成。如所述,LC#502可包括任何合适类型的LC,例如单轴向列相LC、手性向列相LC、双轴向列相LC等。在一个实施例中,磁体#506可包括磁性微颗粒或纳米颗粒。在一个实施例中,可使用磁性多层膜或垂直磁化膜。LC#502可以是任何合适的形状和/或尺寸。例如在一个实施例中,LC#502中的每一个可以是几百纳米厚。在一个实施例中,LC控制系统#500中的像素的大小可以减小到低于依赖电场的传统LC期间的限制,包括小于约1μm的像素大小。

入射到LC控制系统#500的光可以穿过LC#502并且被反射层#504反射到用户或透镜。换句话说,LC控制系统#500充当反射镜,LC#502调制入射到其上的光以产生光的空间变化调制。如上所述,在一些实施例中,投射到LC控制系统#500的光可以是偏振的。

在一个实施例中,磁体#506之间的间隙可由反射材料覆盖,并且反射层#504可通过在磁体#506和间隙顶部溅射反射材料形成。这样可以消除衍射。

图5B是LC控制系统#500的俯视示意图。导线#508和#510以交叉导线方案布置在磁体#506和LC#502下方。

通过导线#508和#510的电流产生磁场。例如,薄膜晶体管可用于驱动通过导线#508和#510的电流。电流流过导线产生的磁场为H.l/r,其中l是导线中的电流,r是距导线的距离。通过利用磁体#506,可以同时驱动导线#508和#510中的两条以产生在磁体#506各向异性的不同易轴之间切换磁体#506之一所需的矫顽场。磁体#506中的每一个具有两个易轴,可以通过在磁体#506相交的成对导线#508和#510来驱动电流,以使其磁化朝向易轴之一。

与需要连续功耗以维持用于对准LC的选择场的传统LC器件相比,磁化可以保持固定而不消耗功率。之后,电流可能会通过相同的电线,但方向相反,以切换磁铁回到它的另一个容易的轴,从而扭转磁场的方向。

相关专利Magnetic field driven liquid crystal patterning control system

名为“Magnetic field driven liquid crystal patterning control system”的专利申请最初在2019年9月提交,并在日前由美国专利商标局公布。

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