[发明专利]电湿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用电湿(电毛细)现象的电湿装置，以及使用该电湿装置的变焦距透镜(varifocal lens)、光拾取装置、光学记录/再现装置、液滴操作装置、光学元件、缩放透镜(zoom lens)、成像装置、光调制装置、以及显示装置。

本发明包含涉及于2006年9月29日向日本专利局递交的日本专利申请JP 2006-268216的主题，在此通过参考引入其全部内容。

背景技术

法国的Varioptic S.A.和荷兰的Royal Philips Electronics N.V.公开了变焦距透镜装置例如作为利用电湿现象的电湿装置(例如，见公开号为2001-519539的日本未经审查的专利申请(PCT申请的翻译)以及S.Kuiper等于2004年8月16日出版的《应用物理快报》第85卷第7期，第1128一1130页上公开的“用于小型照相机的变焦距液体透镜”)。

下面将结合图1A和1B的示意性截面图描述前述的日本未经审查的专利申请公开和《应用物理快报》中所公开的变焦距透镜。

该变焦距透镜主要包括：容器310，其具有圆柱形等外形；导电性液体材料301，填充于容器310中；和绝缘性液体材料302，其由不与导电性液体材料301相混的材料制成并填充于容器310中。该导电性液体材料301和绝缘性液体材料302都是透光的，具有不同的折射率，并且具有相同的密度(比重)。在这个示例中，各第一电极305连续形成于容器的内壁、一个边缘和外表面上，而介电薄膜304被形成于内壁内侧。由第一电极305覆盖的容器310的边缘通过由玻璃、透光树脂等组成的透光材料309流体密封。防水材料303，也被称做防水涂层，粘附于由透光材料309形成的底面和容器310的内壁上的介电薄膜304上。

具有环形等外形的第二电极307被置于容器310的另一个边缘(盖侧边缘)上，与导电性液体材料301相接触。通过也被称作吸水涂层的吸水材料306，该另一边缘由玻璃、透光树脂等组成的透光材料308流体密封。在这种情况下，环形的第二电极307的边缘被形成为在透光材料308的外周延伸。

容器310的内表面上的第一电极305的边缘被形成为使第一电极305与第二电极307间隔。在附图所示的示例中，该介电薄膜304以类似方式形成。

在这样的结构中，通过供电元件311，适当的电压被施加到第一电极305和第二电极307之间，以改变导电性液体材料301和绝缘性液体材料302之间的界面的曲率。因此，可改变从透光材料309外入射的由箭头Li指示的入射光的透镜效应，并且改变焦距。

更特别地，当没有向第一和第二电极305和307施加电压时，通过填充的液体材料301和302与容器310的内壁表面的表面张力平衡，导电性液体材料301和绝缘性液体材料302之间的界面形成具有特定半径的局部球面，如图1A所示。例如，当将盐水被用作导电性液体材料301而硅油被用作绝缘性液体材料302时，该盐水，即导电性液体材料301形成如图1A所示的凸界面。此处，导电性液体材料301的接触角以θ(0)指示。

当通过供电元件311向第一电极305和第二电极307之间施加电压时，导电性液体材料301与容器310的内壁表面的“可湿性”被提高(这种现象被称作电湿)。从而，液体材料301和302之间的界面被改变，从而例如增加了界面的曲率半径及减小接触角θ(V)，如图1B所示。

当以箭头Li指示的光从透光材料309入射并从另一个透光材料308发出时，由液体材料301和302之间的折射率差异以及界面曲率引起了透镜效应。此外，由于通过施加电压引起的电湿改变了液体界面曲率，从而透镜的焦距被改变。

利用这种电湿现象的变焦距透镜具有下列优点：除非在放电的时候电流实质上不流入变焦距透镜，从而耗电量非常小；以及该变焦距透镜不具有机械驱动器，从而具有比现有技术中通过电动机等移动的变焦距透镜寿命长。此外，由于该透镜不必包括电动机，该变焦距透镜可节约空间并以简单的结构提供自聚焦机构。

前面所述的日本未审查的专利申请的公开文本以及《应用物理快报》中所公开的变焦距透镜只能在约100V或更高的电压下驱动并且不能在实践中应用。这是因为很难在形成变焦距透镜的液体贮存容器上沉积均匀且薄的介电薄膜。这将在下面的内容中描述。

如同在前面的《应用物理快报》中所述的，导电或极性液体和绝缘性液体之间的界面中的变化由下面的公式(1)表示：