[发明专利]透镜阵列

说明书

技术领域

本发明涉及利用电润湿效应(电毛细管现象)的透镜阵列。

背景技术

近来，利用电润湿效应(electrowetting effect)的光学元件的发展已经取得了进步。电润湿效应是这样的现象，其中当在导电液体和电极之间施加电压时，电极表面和液体之间的固液界面上的能量发生变化，并且液体表面的形状相应地变化。

图14的部分A和图14的部分B的原理图图解了电润湿效应。如图14的部分A所示，绝缘膜2形成在电极1的表面上，并且电解液的液滴3设置在绝缘膜2上。绝缘膜2的表面经过憎水处理(water repellent finishing)。在图14的部分A所示的无电压状态下，绝缘膜2的表面和液滴3之间的相互作用能低，并且接触角θ₀大。这里，接触角θ₀是绝缘膜2的表面与液滴3的切线之间的角度，并取决于诸如液滴3的表面张力和绝缘膜2的表面能量的特性。

另一方面，如图14的部分B所示，当电极1和液滴3之间施加预定电压时，液滴3中的电解离子聚集在绝缘膜2的表面，从而双电层(charge doublelayer)的电荷量发生变化，并且诱导液滴3的表面张力的变化。这样的现象就是电润湿效应，并且液滴3的接触角θ_v根据施加电压的大小而变化。换言之，在图14的部分B中，接触角θ_v可以表示成电压V的函数，如下面的公式(1)所示：

[公式1]

cosθv=cosθ0+ϵ0ϵ2eγLGV2......(1)]]>

γ_LG：电解液的表面张力

e：绝缘膜的膜厚

ε：绝缘膜的相对介电常数

ε₀：真空磁导率

如上所述，液滴3的表面形状(曲率)根据电极1和液滴3之间施加的电压大小而变化。因此，当液滴3用作透镜元件时，可以获得具有可以电控制的焦点位置的光学元件。

现在，包括如上构造的光学元件的光学设备正在发展之中。例如，在日本未审查专利申请公开No.2000-356708中揭示了用于频闪(strobe)设备的透镜阵列。在该实例中，通过在提供在基板表面上的憎水膜上封入导电液体和布置成阵列图案的绝缘液滴来构造变焦透镜。在该结构中，各透镜形成为绝缘液体和导电液体之间界面的形状。每个透镜的形状通过利用电润湿效应来电控制，并且相应地变化焦距。

另外，日本未审查专利申请公开No.2004-252444揭示了利用电润湿效应的显示装置的结构。在该显示装置中，包含彩色液滴的单元设置为矩阵图案，并且通过选择性地驱动该单元来显示希望颜色的图像。上述单元不仅可以构造为图像显示单元，而且也能构造为透镜元件，例如变焦透镜。这样结构的实例示出在图15的部分A和图15的部分B中。图15展示了通过将透镜元件设置成阵列图案所构造的透镜阵列50的示意性结构。图15的部分A是包括在透镜阵列50中的公共基板54的平面图，而图15的部分B是透镜阵列50的主要部分的截面图。