專利名稱：液體反射鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及反射鏡，更具體地涉及液體反射鏡，以及液體反射鏡(liquid mirror)的使用和制造方法。
技術(shù)背景本部分介紹了可能有助于更好地理解本發(fā)明的方面。因此，就這方 面而言，應(yīng)該閱讀本部分的稱述。本部分的各種陳述不應(yīng)理解為承認(rèn)某 些內(nèi)容屬于現(xiàn)有技術(shù)或者某些內(nèi)容不屬于現(xiàn)有技術(shù)。存在許多如下光學(xué)應(yīng)用其中反射光學(xué)器件(如反射鏡)的使用優(yōu)于 折射光學(xué)器件(如透鏡)的使用。例如，在從望遠(yuǎn)反射鏡到微電子機(jī)械系 統(tǒng)(MEMS)的光學(xué)裝置中，使該裝置盡可能緊湊通常是很重要的。使用小的焦距:更少的信號(hào)損失，從而能使光學(xué)裝，置小型化。另一優(yōu)點(diǎn)i可使反射鏡的反射率對(duì)波長(zhǎng)不敏感，以降低色差。此外，反射鏡可在衍射 光學(xué)器件不能起作用的光鐠區(qū)內(nèi)發(fā)揮功能，例如在紫外和紅外區(qū)。這進(jìn)而限制了它們的適用范圍，'或者i制了裝置小型化的程度。、例如， 某些MEMS具有由固體材料制成的反射鏡。這些固體反射鏡沒有或者 僅有有限的改變其曲率的能力。此外，MEMS中的反射鏡能在有限的范 圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)入射光束(lightbeam)，因?yàn)樵摲瓷溏R具有有限的旋轉(zhuǎn)范圍。也存在如下情況其中需要以互補(bǔ)的方式同時(shí)使用反射和折射光學(xué) 器件。在這種情況下，如果使用反射和折射光學(xué)器件的光學(xué)元件都能采 用類似的制造方法制造，則為有利的。然而，常規(guī)MEMS的反射鏡通 常的制造方式與透鏡的制造沒有相似的工藝。因此，必須采用兩種不同 的制造工藝來制造反射鏡(mirror)和透鏡(lense ),從而提高了構(gòu)建 MEMS的成本和復(fù)雜性。本發(fā)明的實(shí)施方案通過提供使用液體反射鏡的設(shè)備以及其制造和 使用方法克服了這些缺陷。為了克服一種或多種上述缺陷， 一種實(shí)施方案是設(shè)備。該設(shè)備包括 液體反射鏡。該液體反射鏡包括液體，所述液體與臨近該液體的流體形 成界面。該液體反射鏡還包括位于所述界面處的反射顆粒層，其中所述 層形成反射表面。另一實(shí)施方案是方法，包括使用液體反射鏡輸送光學(xué)信號(hào)。輸送所 述光學(xué)信號(hào)包括反射所述光學(xué)信號(hào)使其離開所述液體反射鏡的反射表 面。所述反射表面包括位于所述液體反射鏡的液體與臨近該液體的流體 之間的界面處的反射顆粒。另一實(shí)施方案是方法，包括制造液體反射鏡。所述制造液體反射鏡 的方法包括在液體與流體之間的界面處形成反射顆粒層。所述反射顆粒 的 一 側(cè)具有親水表面，而所述反射顆粒的相對(duì)側(cè)具有疏水表面。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，根據(jù)以下具體描述可以最好地理解本發(fā)明。各 個(gè)特征可以不是按比例繪制，并且為了論述清楚可以任意放大或縮小尺寸?，F(xiàn)在參照結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，其中圖1顯示了包括本發(fā)明液體反射鏡的示例性設(shè)備的剖視圖；圖2顯示了包括本發(fā)明液體反射鏡的第二示例性設(shè)備的剖視圖；圖3顯示了圖1所示液體反射鏡的平面圖；圖4顯示了包括本發(fā)明液體反射鏡的第三示例性設(shè)備的平面圖；圖5-6顯示了圖2所示液體反射鏡在不同使用階段的平面圖；以及圖7-15顯示了制造液體反射鏡的示例性方法的所選步驟的剖視圖。具體實(shí)施方案本發(fā)明各實(shí)施方案受益于以下認(rèn)識(shí)，即某些類型的液體反射鏡具有 優(yōu)于常規(guī)固體反射鏡的優(yōu)點(diǎn)。例如，本發(fā)明的液體反射鏡可經(jīng)構(gòu)造以可 調(diào)方式改變其曲率，從而提供較大的可以反射入射光束的動(dòng)態(tài)范圍。此 外，本發(fā)明的某些液體反射鏡可采用與用以構(gòu)建某些液體透鏡的方法類 似的方法來構(gòu)建，從而降低制造同時(shí)包括液體透鏡和反射鏡的光學(xué)設(shè)備 的成本和復(fù)雜性。還認(rèn)識(shí)到，通過使用液體反射鏡獲得多種好處，其中所述液體反射5鏡包括位于所述液體與流體(氣體或第二液體)之間的界面處的反射顆粒 層。在所述反射顆粒中可結(jié)合寬范圍的不同類型的反射材料。因此，相 比室溫為液態(tài)的反射金屬(如汞)，所述反射顆粒可以具有更高的反射率 和更低的毒性。并且，通過仔細(xì)選擇所述顆粒的組成，所述反射顆粒層 可經(jīng)構(gòu)造以形成連續(xù)的反射表面。此外，改變所述液體的形狀可以改變 所述反射層的形狀，并且如果需要這些變化可以動(dòng)態(tài)地進(jìn)行。本發(fā)明的一種實(shí)施方案是設(shè)備。在某些情況下，所述設(shè)備是可調(diào)光 處理裝置。在可調(diào)裝置中，通過對(duì)所述液體應(yīng)用電壓以改變所述反射鏡 的反射表面的形狀，能調(diào)節(jié)由所述液體反射鏡反射的光的反向。示例性的裝置包括結(jié)合在影像投影儀、電視和電腦或手機(jī)顯示屏中的MEMS 裝置。然而，在其他情況下，所述設(shè)備可以是無(wú)源光處理裝置。在這類 裝置中，所述液體反射鏡反射的光的方向不通過應(yīng)用電壓改變所述反射 表面的形狀來改變。示例性的裝置包括振動(dòng)傳感器或者裝飾反射鏡。圖1顯示了示例性設(shè)備100的剖視圖。圖2(采用與圖1中所用類似 的附圖標(biāo)記)顯示了第二示例性設(shè)備200的剖視圖。設(shè)備100包括液體反 射鏡105。液體反射鏡105包括液體UO,其與臨近液體110的流體U5 形成界面112。液體反射鏡105還包括位于液體110與流體115之間的 界面112處的反射顆粒125的層120。層120形成反射表面130。更優(yōu)選地，層120形成了連續(xù)的反射表面130。本文所用的術(shù)語(yǔ)"連 續(xù)反射表面，，意味著大多數(shù)從表面130反射的光132是被反射了 ，而不 是通過反射顆粒125之間的間隙133透射。此外，反射表面130優(yōu)選為 局部平滑的。換而言之，由任意顆粒125反射的光132的角度134與射約10%以內(nèi))。為了形成界面112,合意的是液體110與流體115不能混溶。流體 115包括氣體或第二液體。例如，當(dāng)液體110包括極性液體諸如水或乙 醇時(shí)，流體115可包括非極性液體或氣體，例如烷烴或其他基于烴的油。 本文所用的術(shù)語(yǔ)極性液體指介電常數(shù)為約20或更高的液體(如介電常數(shù) 分別為約80和21的水和丙酮)。本文所用的術(shù)語(yǔ)非極性液體指介電常數(shù) 低于約5的液體(如介電常數(shù)分別為約2和約2-5的己烷和各種基于烴的 油)。在某些情況下 6液體110免于蒸發(fā)。流體115包括第二液體還能阻止由于例如設(shè)備100 的移動(dòng)或振動(dòng)造成的液體110的不必要的運(yùn)動(dòng)。在這類實(shí)施方案中，流 體115包封全部或者部分的液體110是有利的。還合意的是液體110為極性或非極性液體中的一種，而流體115為 所述極性或非極性液體中的另一種，或者氣體。例如，當(dāng)液體110包括 諸如水的極性液體時(shí)，則流體115包括非極性液體或氣體，如烷烴或空 氣。配置液體110和流體115使其相互具有不同的極性是有利的，因?yàn)?這有利于反射顆粒125在界面112處處于所需取向。雖然優(yōu)選液體110包括極性或非極性液體中的一種，且流體115包 括極性或非極性液體中的另一種，但是在某些情況下液體110和流體 115可具有更一般的化學(xué)組成，只要它們彼此不能混溶并且提供充分的 性質(zhì)差異，以幫助本文所述的顆粒125達(dá)到適當(dāng)?shù)奈恢煤腿∠?。在某些情況下，合意的是液體110或流體115中的之一或兩者同時(shí) 對(duì)于從反射表面130反射出來的光132為透明的。當(dāng)設(shè)備100經(jīng)構(gòu)造以 使得光132、 138在從反射表面130反射之前或之后通過液體110或流 體115或同時(shí)通過兩者時(shí)，這是合意的。在某些情況下，液體110為導(dǎo)電性的是有利的。例如，液體110可 包括熔融鹽或者鹽的水溶液或有才幾溶液，如美國(guó)專利6,538,823; 6,891,682;和6,936,196中所述的那些，所有這些專利均在本文中全文通 過引用結(jié)合進(jìn)來。在液體反射鏡105經(jīng)構(gòu)造以可通過對(duì)液體110應(yīng)用電 壓改變反射表面130的形狀來進(jìn)行調(diào)節(jié)的實(shí)施方案中，使用導(dǎo)電性液體 IIO是合意的。在某些情況下，例如圖l所示，反射表面130可以是平面。例如， 液體110可包括置于基體140(如平坦基體上)的平的液體層。在其他情 況下，例如圖2所示，反射表面130可以是凹或凸表面。例如，液體IIO 可包括設(shè)置于基體140上的液滴。如圖2所示，當(dāng)反射表面130面向液 滴110時(shí)，那么反射表面130為凹的。在其他情況下，當(dāng)反射表面面向 流體時(shí)，那么該反射表面為凸的。然而，液體IIO無(wú)需為了獲得凹或凸的反射表面130而包含液滴。 例如，基體140可包括側(cè)壁145來容納所述液體。側(cè)壁145可用疏水或 親水材料涂覆，以排斥液體110離開或吸引液體110流向側(cè)壁145,從 而分別使所述表面凸或者凹。7如圖1所示，反射顆粒125可以包括第一和第二側(cè)150、 152。根據(jù) 所述液體110和流體115的相對(duì)極性以及反射顆粒125的兩側(cè)150和152 如何構(gòu)造，反射表面130可以面向液體110,也可以面向流體115。反 射顆粒125可包括具有親水表面155或疏水表面157其中之一的第一側(cè) 150,和第二側(cè)152可以具有疏水表面155或親水表面157中的另一個(gè)。 所述親水或親水表面155、 157可占據(jù)所述第一和第二側(cè)150、 152中各 側(cè)的全部或者一部分(例如約10-90%)。將兩側(cè)150、 152中的一側(cè)用疏水表面155構(gòu)造而150、 152中的另 一側(cè)設(shè)置用親水表面157構(gòu)造，有利于反射顆粒125自反均勻組織，以 在界面112處形成連續(xù)的反射表面130。亦即，具有疏水表面155的那 一側(cè)150、 152面向非極性的液體110或流體115。具有親水表面157的 那一側(cè)150、 152面向?yàn)闃O性的液體110或流體115。如圖1所示，如果第一側(cè)150經(jīng)構(gòu)造以具有疏水表面155,那么第 一側(cè)150會(huì)面向包括極性液體的液體110。具有親水表面157的第二側(cè) 152面向包括非極性第二液體或氣體的流體115。當(dāng)然，如果第一側(cè)150 經(jīng)構(gòu)造以具有疏水表面155,那么它會(huì)面向非極性流體115?；蛘?，如 果液體IIO和流體115分別為非極性和極性液體，那么具有親水表面157 的第一側(cè)150會(huì)面向流體115。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解如何設(shè)置極性和 非極性液體110和流體115以及疏水和親水表面155、 157的各種組合， 以根據(jù)需要使顆粒125的兩側(cè)150、 152取向。反射顆粒125的某些實(shí)施方案包括反射涂層160。反射涂層160可以在每一顆粒125的側(cè)150、 152中的一側(cè)或兩側(cè)上。在某些情況下，反射涂層160包括固體金屬，如金或銀、鋁或其合金。例如，所述反射涂層可包括結(jié)合到硅顆粒125上的反射金涂層，所述結(jié)合通過使用幫助金結(jié)合到硅上的粘合材料如鉻來實(shí)現(xiàn)。在其他情況下，反射涂層160包括多層電介質(zhì)。例如，反射涂層160可以包括由至少兩種具有顯著不同 折射率的材料構(gòu)成的多個(gè)層(例如二氧化硅和氮化硅層)。然而，在其他情況中，反射顆粒125本身包括諸如金或銀、鋁或其合金的固體金屬， 從而不再需要反射涂層。反射涂層160可根據(jù)需要通過在其上形成疏水或親水表面155、 157，定向?yàn)槌蛞后wIIO或流體115。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，每一顆 粒125的第一側(cè)150被金屬或多層電介質(zhì)反射涂層160所覆蓋，所述涂層上結(jié)合了疏水或親水分子165中的一種。本文所用的術(shù)語(yǔ)疏水分子指 會(huì)溶于非極性液體但不溶于極性液體的分子。本文所用的術(shù)語(yǔ)親水分子 指可溶于極性液體但不溶于非極性液體的分子。選擇疏水或親水分子165使其形成自組裝單層(SAM)是有利的，因 為這幫助在反射涂層160上形成均勻的疏水或親水表面155、157。例如， 疏水分子165可包括具有約6-20個(gè)碳原子的未取代的烴鏈(如烷鏈)。親 水分子165可包括類似的烴鏈，但是末端被極性基團(tuán)如羥基(-OH)取代。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，根據(jù)其形成SAM的能力可選擇各種其他類 型的親水或疏水分子165。為了輔助對(duì)反射涂層160的結(jié)合，疏水或親水分子165的一個(gè)末端 可以用能與所述反射涂層的材料形成共價(jià)鍵的官能團(tuán)封端。例如，當(dāng)反 射涂層160包括金屬時(shí)，所述未取代的或取代的烴鏈可以巰基(-SH)封 端。例如，在疏水或親水分子165的烴鏈的n-位碳上可以有例如1-3個(gè) 巰基。當(dāng)反射涂層160包括多層電介質(zhì)(如二氧化硅和氮化硅層)時(shí)，所 述未取代或取代的烴鏈可以氯基團(tuán)(-Cl)封端。例如，在疏水或親水分子 165的烴鏈的n-位碳上可以有例如1-3個(gè)氯基團(tuán)。使用各種其他類型的 官能團(tuán)來幫助結(jié)合對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言會(huì)是顯而易見的。如圖1所示，未被反射涂層覆蓋的第二側(cè)152可包括二氧化硅(例如， 比如當(dāng)顆粒125包括硅的時(shí)候)，其可以是親水表面157 (例如圖1)?？?選擇地，如圖2所示，未被反射涂層覆蓋的側(cè)152也可具有結(jié)合于其上 的疏水或親水分子167。例如，親水分子165可結(jié)合到面向極性液體110 的涂覆側(cè)150,而疏水分子167可結(jié)合到面向非極性流體115的未涂覆 側(cè)152。作為本發(fā)明的一部分，第一次認(rèn)識(shí)到反射顆粒125的尺寸和形狀是 重要的，并且在某些情況下對(duì)于連續(xù)反射表面130的性質(zhì)是至關(guān)重要的、 決定性的。圖3 (使用類似的附圖標(biāo)記)顯示了反射表面130的一部分的平面圖， 對(duì)應(yīng)于圖1的線3-3。在某些優(yōu)選的實(shí)施方案中，反射顆粒125為液體 IIO或流體115中的膠態(tài)顆粒。膠態(tài)反射顆粒125是優(yōu)選的，因?yàn)楫?dāng)處 于液體110中時(shí)重力對(duì)這類顆粒125的作用小到可以忽略，從而允許顆 粒125在界面112處組裝(圖1)。在某些情況下，顆粒125具有約100 納米到100微米的直徑305,和約IO納米到1微米的厚度170(圖1)。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，顆粒125具有約200納米到300納米的直徑305, 和約20納米到30納米的厚度160。在某些實(shí)施方案中，反射顆粒125和射向反射表面130的光的波長(zhǎng) 相比較小是有利的，從而由表面130反射的光不會(huì)受到個(gè)體顆粒125的 影響(例如由于光散射)。例如，在某些情況下，顆粒125的直徑305為 射向反射表面130的光的波長(zhǎng)的約10-50%。例如，在使用可見光的情況 下，直徑305優(yōu)選為約40納米到200納米。例如，在使用紅外光的情 況下，直徑305優(yōu)選為約100納米到約50微米。對(duì)于每一反射顆粒125而言，具有有利于形成連續(xù)表面130的形狀 也是重要的，其中連續(xù)表面130在各顆粒之間有很小或者沒有間隙133。 如圖3所示，在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，每個(gè)反射顆粒125均具有平的六 邊形形狀，因?yàn)檫@種形狀使得顆粒125之間的幾何形狀制約(fmstmtion) 最小，從而減小了顆粒125之間的間隙133的尺寸。圖2顯示了設(shè)備200的優(yōu)選實(shí)施方案的其他方面，其中液體反射鏡 105經(jīng)構(gòu)造為可調(diào)節(jié)的液體反射鏡。在這類實(shí)施方案中，液體110為導(dǎo) 電性的。設(shè)備200還包括位于基體M0上的絕緣層205和多個(gè)通過絕緣 層205與液體110絕緣的電極210。在某些情況下，絕緣層205可以包 括開口 215，以允許液體IIO接觸到與液體110相觸的偏壓電極220。如圖2中進(jìn)一步顯示的，基體140可以包括偏壓電極220。在某些 情況下，合意的是偏壓電極220不接觸反射顆粒125,因?yàn)檫@會(huì)擾亂連 續(xù)反射表面130的形成。在其他優(yōu)選實(shí)施方案中，基體140本身是導(dǎo)電 性的，因此可以充當(dāng)所述偏壓電極。這有利地避免了在基體140上構(gòu)造 獨(dú)立的偏壓電極的需求。如圖2所示，液體IIO設(shè)置在絕緣層205的表面225上。如圖所示， 基體140和絕緣層205均可為基本平坦的。所述多個(gè)電極210經(jīng)構(gòu)造以 當(dāng)在液體110和一個(gè)或多個(gè)所述電極210之間施加電壓(V)時(shí)(例如通過 偏壓電極220)調(diào)節(jié)所述液體的形狀(例如液體110相對(duì)于表面225的橫 向位置(lateral position) 230或接觸角235)。在某些實(shí)施方案中，合意的是液體110、絕緣層205、基體140和 電極210對(duì)于待由液體反射鏡105反射的光138而言是透明的。在諸如 圖2所示的、當(dāng)液體110為形成凹反射表面130的液滴并且反射涂層160 面向液體110的情況下，這能夠是合意的。例如，透明液體110可包括10水，透明絕緣層205可包括聚酰亞胺，透明傳導(dǎo)性基體140可包括玻璃、 二氧化硅、石英、藍(lán)寶石、金剛石、或其他透明的固體材料，而透明電 極210可包括銦錫氧化物。
在某些情況下，絕緣層的表面225覆蓋有低表面能材料的涂層240。 涂層240用以將液體110的接觸角235調(diào)節(jié)到預(yù)定值(例如在某些實(shí)施方 案中為約80-100度)。調(diào)節(jié)接觸角235有利地改變了液體反射鏡的反射 性質(zhì)(例如焦距或反射角)。本文所用的術(shù)語(yǔ)低表面能材料指表面能為約 22達(dá)因/cm (約22 x l(T5 N/cm)或更低的材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)于檢測(cè) 材料表面能的方法會(huì)是非常熟悉的。在某些情況下，涂層240包括諸如 聚四氟乙烯的氟化聚合物，或者其他高度氟化的烴，或者諸如的聚二曱 基硅烷的烷基硅烷。在某些情況下，絕緣層205和低表面能涂層240包 括單一 的材料，例如既是絕緣體又是低表面能材料的含氟聚合物Cytop (Asahi Glass Company, Limited Corp. Tokyo, Japan)。
圖4顯示了設(shè)備400的另一優(yōu)選實(shí)施方案的平面圖，其構(gòu)造為包括 一個(gè)或多個(gè)液體反射鏡405的光電子裝置。液體反射鏡405可包括以上 在有關(guān)圖1-3的文字中描述的液體反射鏡的任何實(shí)施方案。如圖4所示， 設(shè)備400包括發(fā)射器410(如激光器或燈)和接收器415 (如光電檢測(cè)器或 相機(jī))。發(fā)射器提供了光學(xué)信號(hào)420,其被接收器415接收。液體反射鏡 405經(jīng)構(gòu)造以將來自發(fā)射器410的光學(xué)信號(hào)420反射至接收器415。反 射鏡405、發(fā)射器410和接收器415可安置在基體425上(例如印刷電路 板)。
液體反射鏡405可經(jīng)構(gòu)造以以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何方式來改 變光學(xué)信號(hào)420。例如，液體反射鏡405可通過反射信號(hào)420或者任選 地聚焦光學(xué)信號(hào)420來改變光學(xué)信號(hào)420的方向。當(dāng)液體反射鏡405經(jīng) 構(gòu)造為可調(diào)的液體反射鏡時(shí)，可調(diào)節(jié)所述液體的形狀或位置，來增強(qiáng)設(shè) 備400各元件之間的光耦合。
如圖4進(jìn)一步顯示的，設(shè)備400還可包括液體透鏡430,例如美國(guó) 專利6,538,823中所述。例如，由液體反射鏡405反射的光學(xué)信號(hào)420 可射向液體透鏡430,隨后該透鏡在光學(xué)信號(hào)420到達(dá)接收器415之前 聚焦該信號(hào)。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，液體反射鏡405和液體透鏡430 可以各種方式設(shè)置在光電子裝置中。在同一設(shè)備400中同時(shí)具有可調(diào)的 液體反射鏡405和液體透鏡430也有利地使得光學(xué)信號(hào)420可在更大的距離和焦距范圍內(nèi)調(diào)節(jié)和優(yōu)化。
本發(fā)明的另 一方面是使用方法，包括使用液體反射鏡來傳輸光學(xué)信 號(hào)。在有關(guān)圖1-4的上下文中描述的任何液體反射鏡均可用于所述方法。
例如，如圖4所示，傳輸光學(xué)信號(hào)420包括反射光學(xué)信號(hào)420離開液體 反射鏡405的反射表面435。
在某些情況下，例如圖2所示，液體IIO、流體115或兩者同時(shí)為 透明的，并且光學(xué)信號(hào)(如光138)透過液體110傳播到反射表面130。如 圖2進(jìn)一步顯示的，液體110可構(gòu)造為液滴，從而將反射表面130構(gòu)造 為液滴110的凹內(nèi)表面。在這種情況下，由反射表面130反射入射光132 的光學(xué)信號(hào)包括聚焦所述光束。在圖2中為了說明的目的，光138顯示 為透過液體110并由凹反射表面130反射。然而，反射鏡105可使用由 顆粒125的凹或者凸表面反射的光132，或者同時(shí)使用由兩個(gè)表面反射 的光。在其他情況下，例如圖1所示，液體IIO可設(shè)置于平坦的基體140 上，從而將反射表面130構(gòu)造為平坦的反射表面。在這類情況下，反射 表面130反射平行入射光束132的光學(xué)信號(hào)包括將入射光138保持為平 行光束。
在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，傳輸光學(xué)信號(hào)還包括通過改變所述液體的 形狀來調(diào)節(jié)所述液體反射鏡。例如，如圖2所示，調(diào)節(jié)反射鏡105可包 括在導(dǎo)電液體HO與和所述液體110絕緣的所述多個(gè)電極210中的一個(gè) 或多個(gè)之間施加電壓(V),從而調(diào)節(jié)所述液體的橫向位置或者液體110 的接觸角這兩者中的一者或者兩者。電壓(V)可通過相對(duì)于與液體110 接觸的偏壓電極220 (或?qū)щ娀w140)選擇性地偏置電極210來形成。
然而，調(diào)節(jié)液體105并不限于調(diào)節(jié)液滴。例如，反射表面130可構(gòu) 造為平坦的反射表面，例如圖1所示。與圖2所示類似，設(shè)備100可包 括設(shè)置在液體110、流體115和反射表面130之下的電極210的2維陣 列。通過適當(dāng)?shù)鼗罨x的電極210,平面130的形狀可在局部變?yōu)榉?平面的。換而言之，液體110的形狀有局部的改變，其可用液體110的 橫向位置或接觸角的局部變化來表征，類似于以上在有關(guān)圖2所示液滴 的上下文中所述的?？梢哉{(diào)節(jié)由這種非平表面130產(chǎn)生的扭曲，從而補(bǔ) 償入射光138的色差(aberrations)。這可以提供對(duì)如下的簡(jiǎn)單替代方式 例如，基于固體MEMS反射鏡的無(wú)掩模平版印刷或其它適應(yīng)性光學(xué)波 陣面補(bǔ)償?shù)钠渌椒?。在不同使用階段的可調(diào)液體反射鏡500的例子如圖5和6所示，它 們顯示了圖2所示設(shè)備200的一部分沿視圖線5-5的半透明平面圖。為 了顯示清楚，某些特征如疏水分子167和,上方覆蓋的流體115未顯示。 當(dāng)施加到每一電極505、 510、 515、 520 (類似于圖2所示的電極210)上 的電壓V、V2、 V3、 V4均彼此相等時(shí)(如V=0、 V2=0、 V3=0、 V4=0), 隨后將反射顆粒層120居中放置在電極505、 510、 515、 520之間。如 圖6所示，反射顆粒層120會(huì)朝向偏壓變?yōu)榇笥贠伏特、并且高于對(duì)角 位置的電極520 (例如V^V4X))的電極510移動(dòng)，而剩余的兩個(gè)電極 505、 515具有零電壓(例如V尸V3,。
然而，在其他實(shí)施方案中，液體反射鏡105無(wú)需調(diào)節(jié)即可使用。例 如，設(shè)備200可構(gòu)造為振動(dòng)檢測(cè)器。當(dāng)液體反射鏡105的反射表面130 受到振動(dòng)(例如由于設(shè)備200的運(yùn)動(dòng)，或者設(shè)備200附近的運(yùn)動(dòng))干擾時(shí)， 反射鏡105反射的光132在強(qiáng)度或方向上發(fā)生變化。光132的變化可被 檢測(cè)到，從而提供4全測(cè)振動(dòng)的方式。
本發(fā)明的另一方面是方法，包括制造液體反射鏡。所述制造液體反 射鏡的方法可以是制造有關(guān)圖1-6的文中所述的任何示例性設(shè)備的方法 的一部分。圖7-15顯示了制造液體反射鏡700的示例性方法中所選步驟 的橫剖面圖。
圖7-12顯示了形成液體反射鏡700的反射顆粒705的方法的所選步 驟。所述方法包括提供在二氧化硅層730上具有硅層720的基體710 (例 如硅在絕緣體上的基體(sihcon-on-insulator substrate))(圖7)。圖8顯示 了將硅層720圖案化(patteming)以形成隔離的區(qū)域后的基體710。例如， 可以使用常規(guī)照相平版印刷術(shù)方法來在硅層720中形成溝槽820,其中 二氧化硅層730充當(dāng)阻蝕層。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，硅隔離區(qū)810圖 案化為具有六邊形形狀，如圖3所示。然而，可以替代地或者另外地圖 案化成其他類型形狀(如圓形或正方形)。
圖9顯示了部分去除了二氧化硅層730位于隔離區(qū)810之間的部分 910后的基體710。如圖9所示，去除的部分910可延伸到硅隔離區(qū)810 的下方。例如，基體710可浸沒在氫氟酸浴中一段預(yù)定的時(shí)間。在蝕刻 過程中，氫氟酸腐蝕二氧化硅層730的被溝槽820暴露的部分，并隨后 進(jìn)一步腐蝕位于隔離區(qū)810下方的二氧化硅730，從而對(duì)于每一隔離區(qū) 810所述隔離區(qū)形成底切(undercut)區(qū)920。在二氧化硅層730被完全去
13除之前，從氫氟酸浴中取出基體710并用水沖洗。
圖10顯示了在一側(cè)1020上以及某些情況下在隔離區(qū)810的側(cè)壁 1025上形成反射涂層1010后的基體710。優(yōu)選地，選擇沉積方法使得 隔離區(qū)810—皮底切區(qū)920暴露的相對(duì)側(cè)1030不會(huì)#:反射涂層1010所覆 蓋，因此為未涂覆側(cè)1030。例如，可用物理氣相沉積(PVD)方法(如濺射) 來將反射材料1035 (如金屬或多層電介質(zhì))沉積到隔離區(qū)810的該一側(cè) 1020上。在某些情況下，合意的是首先在側(cè)1020上沉積粘合涂層(如PVD 沉積的鉻)，以促進(jìn)反射涂層IOIO(如金或鋁)粘附到硅隔離區(qū)810上。
圖11顯示了從基體710上釋放隔離區(qū)810以形成反射顆粒705之 后的基體710。例如，基體710可浸沒在氫氟酸浴中一段時(shí)間，所述時(shí) 間足夠通過完全去除二氧化硅層730從而完成隔離區(qū)810的底切(圖10), 從而從基體710上釋放隔離區(qū)810。
圖12顯示了將疏水或親水分子1210中的一種附著到具有反射涂層 1010的側(cè)1020上從而分別提供疏水或親水表面中的一種1220之后的反 射顆粒705。未涂覆側(cè)1030優(yōu)選具有疏水或親水表面中的另一種1230。 換而言之，疏水或親水分子中的另一種能夠附著到未涂覆側(cè)1030上。 例如，如果親水分子附著到具有反射涂層1010的側(cè)1020上，那么疏水 分子可附著到未涂覆側(cè)1030上?？蛇x擇地，如圖12所示，未涂覆側(cè)1030 可保持不含疏水或親水分子。例如，包括包括以巰基封端的烷烴鏈的自 組裝分子的疏水分子1210可附著到側(cè)1020上，而未涂覆珪側(cè)1030提 供了親水表面1230。
圖13顯示將反射顆粒705加入到容納在第二基體1320內(nèi)的液體 1310中形成膠態(tài)懸浮體之后的液體反射鏡705。如有關(guān)圖1的文中所述， 反射顆粒705經(jīng)構(gòu)造以具有有利于在液體1310中形成顆粒705的膠態(tài) 懸浮體的尺寸。
圖14顯示了將流體1410置于液體1310上之后的液體反射鏡705。 由于液體1310與流體1410不相混溶，因此在液體1310與流體1410之 間形成界面1420。同樣如有關(guān)圖1的文中所述，選沖奪液體1310和流體 1410,使得所述液體為極性或非極性液體中的一者，而所述流體是極性 或非極性液體中的另一者或者氣體。在替代的實(shí)施方案中，可向流體 1410中加入反射顆粒705,以在流體1410中形成顆粒705的膠態(tài)懸浮 體，隨后將流體1410置于液體1310上。如以上關(guān)于圖1的文中所述，液體1310和流體1410的選才奪，以及反射顆粒705相對(duì)側(cè)1020、 1030 上疏水和親水表面1220、 1230的形成，都是形成反射鏡705的連續(xù)反 射表面的重要因素。
圖15顯示了反射顆粒705在液體1310與流體1410之間的界面1420 處組裝以在界面1420處形成反射顆粒705的層1510之后的液體反射鏡 705。優(yōu)選地，反射顆粒705自發(fā)地進(jìn)行自身的排列，使得疏水表面1220 面向液體1310或流體1410中非^l性的那一個(gè)，而親水表面1230面向 液體1310或流體1410中極性的那一個(gè)。因此，反射顆粒705的層1510 組裝形成反射表面1520,且更優(yōu)選連續(xù)的反射表面。
雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，它們 可以在不偏離本發(fā)明范圍的情況下作出各種改變、替代和變換。
權(quán)利要求
1. 設(shè)備，包括液體反射鏡，該液體反射鏡包括液體，其與和該液體相鄰的流體形成界面；以及位于所述界面處的反射顆粒層，其中所述層形成反射表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述反射表面是連續(xù)反射表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述液體與所述流體不混溶， 并且所述液體是極性或非極性液體中的一者，而所述流體是所述極性或 非極性液體中的另 一 者或者氣體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述反射顆粒包括具有親水或 疏水表面中的一種的第 一側(cè)，以及具有所述親水或所述疏水表面中另一 種的第二側(cè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述液體反射鏡經(jīng)構(gòu)造為可調(diào) 的液體反射鏡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括 位于基體上的絕緣層；以及通過所述絕緣層與所述液體絕緣的多個(gè)電極，其中 所述基體包括與所述液體接觸的偏壓電極； 所述液體是導(dǎo)電性的，并且設(shè)置在所述絕緣層的表面上，以及 所述多個(gè)電極經(jīng)構(gòu)造以當(dāng)在所述偏壓電極和所述電極中的一個(gè)或 多個(gè)之間施加電壓時(shí)調(diào)節(jié)所述液體相對(duì)所述表面的橫向位置或接觸角。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備經(jīng)構(gòu)造為光電子裝 置，該裝置還包括發(fā)射器，所述發(fā)射器提供光學(xué)信號(hào)；以及接收器，所述接收器接收所述光學(xué)信號(hào)；并且其中所述液體反射鏡 經(jīng)構(gòu)造以將來自所述發(fā)射器的所述光學(xué)信號(hào)引導(dǎo)至所述接收器。
8. 方法，包括使用液體反射鏡傳輸光學(xué)信號(hào)，包括用所述液體反射鏡的反射表面反射所述光學(xué)信號(hào)，所述反射表面包 括位于所述液體反射鏡的液體和與所述液體相鄰的流體之間的界面處 的反射顆粒。
9. 方法，包括 制造液體反射鏡，包括在液體和流體之間的界面處形成反射顆粒層，其中所述反射顆粒的 一側(cè)具有親水表面，而所述反射顆粒的相對(duì)側(cè)具有疏水表面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述反射顆粒層包括將 所述反射顆粒加入所述液體中以形成膠態(tài)懸浮體，并且將所述流體安置 在所述'液體上方。
全文摘要
包括液體反射鏡的設(shè)備。所述液體反射鏡包括液體，所述液體與和其臨近的流體形成界面。所述液體反射鏡還包括位于所述界面處的反射顆粒層，其中所述層形成反射表面。
文檔編號(hào)G02B26/02GK101535866SQ200780031916
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2007年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月31日
發(fā)明者J·A·泰勒, O·賽多倫科, P·R·科羅德納, T·N·克魯彭金 申請(qǐng)人:盧森特技術(shù)有限公司