專利名稱：液體透鏡元件和照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電潤濕(electrowetting )凌丈應(yīng)的液體透4竟元件 和照明i殳備。
背景技術(shù)：
近年來，正在開發(fā)利用電潤濕效應(yīng)(電毛細(xì)現(xiàn)象)的光學(xué)元件。 電潤濕效應(yīng)指以下現(xiàn)象通過絕緣體向電極和具有導(dǎo)電性的液體施 加電壓使液體被充電，從而減少了界面自由能，導(dǎo)致氣-液界面或液 -液界面的形狀(曲率)發(fā)生變化。
已提出了一種液體透鏡，其中，利用上述現(xiàn)象，通過將電壓施 加給包含在液體室中并具有不同折射率的兩種液體來使雙液體的 界面變形以改變焦3巨。
侈寸^口，曰本專禾'J中"^v^開第2007-212943號(hào)(第0087孚臾，圖9 ) (下文稱為專利文獻(xiàn)1) 7>開了一種作為如上所述的液體透4竟的光
學(xué)元件。在專利文件1中所公開的光學(xué)元件中，具有通孔的硅基板、接
合至硅基板的一面以阻斷(block)通孔的一端的第一透明基板以及 相對(duì)地設(shè)置在硅基板的另一面上的第二透明基板(其中，密封層介 于第一透明基板和第二透明基板之間)構(gòu)成用于容納液體的空間 (cell )。
在通孔的內(nèi)表面上，形成具有防水性的絕纟彖層，并且具有導(dǎo)電 性的第 一液體以及具有絕纟彖特性和與第 一液體不同的折射率并且 不與第 一液體混合的第二液體填充到空間中，使得兩種液體之間的 界面位于上述的通孔內(nèi)。雙液體界面是在折射率不同的兩種液體之 間的界面。因此，穿過界面的光獲得透鎮(zhèn);效應(yīng)并祐j斤射。
當(dāng)電壓被施加在第一液體與硅基板之間時(shí)，雙液體界面的形狀 (曲率)變化。因此，與不施加電壓的情況相比，穿過雙液體界面 的光被漫射或會(huì)聚。
通過這種結(jié)構(gòu)，入射光穿過第一和第二透明基板以及第一液體
和第二液體以^皮llr出。例如，通過用高透光性材并+配置這些部件或 者通過增大通孔的開口的尺寸，能夠增加入射光中可在期望的光軸 方向上使用的出射光的量。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在專利文件1所公開的光學(xué)元件包括不具有(或小)透 光特性的硅基板，所以入射光被部分阻斷。另外，即使對(duì)應(yīng)于硅基 板的基板由高透光性材料(例如，玻璃基板)制成，穿過基板的光
并沒有通過空間(雙液體界面)而獲得透#;效應(yīng)，這幾乎無助于期 望光軸方向上的光量。鑒于上述情況，期望提供一種可以提高入射光的利用效率的液 體透鏡元件和照明設(shè)備。
才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，才是供了一種液體透4免元件，其包括 主體、透4竟面和第一反射面。
主體具有光入射面和光出射面，并包4舌形成在其中的液體室。
透鏡面通過被電變形而改變從光出射面出射的光的取向，透鏡 面由包含在液體室內(nèi)并具有不同折射率的兩種液體之間的界面形成。
第 一反射面使進(jìn)入光入射面的 一部分光反射向透4竟面的光軸， 第一反射面被設(shè)置給主體。
通過該結(jié)構(gòu)，能夠通過第一反射面來反射進(jìn)入液體透鏡元件中 除了液體室外的區(qū)域的光。進(jìn)入光入射面上除了液體室外的區(qū)域的 光4皮沿光軸方向反射，而沒有被主體遮住，從而能夠有效地利用入射光。
主體可以包才舌第一基才反、第二基才反和第三基壽反。
第一基板形成光出射面。
第二基板形成光入射面。
第三基^反^t設(shè)置在第一基才反與第二基才反之間，并且具有形成液 體室的#周面的通孑匕
7通過該結(jié)構(gòu)，在第三基板中形成的通孔與第 一基板和第二基板 構(gòu)成液體室。通過4吏折射率不同的兩種液體填充液體室，形成液體
透4竟元件。
可以將第一反射面設(shè)置在液體室的側(cè)周面上。
通過該結(jié)構(gòu)，到達(dá)液體室的側(cè)圓周的光^皮沿光軸方向反射，因 此可以,皮力口到光軸方向的光量上。
第三基板可以具有絕緣特性，以及主體還可以包括導(dǎo)電層和絕緣層。
導(dǎo)電層被設(shè)置在液體室的側(cè)周面上。 絕緣層覆蓋導(dǎo)電層。
通過該結(jié)構(gòu)，由于第三基板具有絕緣特性，所以能夠減小在第 三基板具有導(dǎo)電特性的情況下產(chǎn)生的、在第三基板與導(dǎo)電液體之間 的寄生電容。通過將第一反射面設(shè)置給液體透鏡元件，能夠形成使 入射光的利用效率進(jìn)一 步提高的液體透鏡元件。
第一反射面可以是導(dǎo)電層。
通過該結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)電層用于反射面可以不必另外提供另 一個(gè)第 一反射面。
' 第三基板可以具有透光特性，以及第一反射面可以凈皮i殳置在主 體的外周部上。
通過該結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)谌寰哂型腹馓匦詴r(shí)，能夠通過反射光來 利用穿過第三基板并到達(dá)主體的外周部的光。第三基;^反可以具有絕纟彖特性，以及主體還可以包4舌導(dǎo)電層和絕緣層。
導(dǎo)電層被設(shè)置于液體室的側(cè)周面上。 絕緣層覆蓋導(dǎo)電層。
第三基板可以具有透光特性，并且第 一反射面可以祐L設(shè)置在液 體室的側(cè)周面上。液體透鏡元件還可以包括第二反射面。
第二反射面被設(shè)置在主體的外周部上。
通過該結(jié)構(gòu)，到達(dá)液體室的側(cè)周面的光可以被第 一反射面反 射，而到達(dá)主體的外周部的光可以被第二反射面反射，從而可以利 用反射光。
第三基々反可以具有絕纟彖特性，并且主體還可以包4舌導(dǎo)電層和絕緣層。
導(dǎo)電層祐j殳置在液體室的側(cè)周面上。 絕緣層覆蓋導(dǎo)電層。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，l是供了一種照明i殳備，其包括主 體、透鏡表面、內(nèi)反射面、光源和聚光面。
主體具有光入射面和光出射面，并包4舌形成在其中的液體室。
透鏡面通過被電變型而改變從光出射面出射的光的取向，透鏡 面由包含在液體室內(nèi)并具有不同折射率的兩種液體之間的界面形成。
9內(nèi)反射面使進(jìn)入光入射面的一部分光反射向透鏡面的光軸，內(nèi) 反射面被設(shè)置給主體。
光源發(fā)出進(jìn)入光入射面的光。
聚光面使從光源發(fā)出的光向液體室會(huì)聚。
通過該結(jié)構(gòu)，在透鏡面上可以對(duì)從光源發(fā)出并經(jīng)聚光面會(huì)聚的 光進(jìn)行取向。通過在主體內(nèi)使到達(dá)內(nèi)反射面的光沿光軸方向反射， 能夠使光的利用效率提高。另外，還能夠根據(jù)通過聚光面使光在液 體透鏡元件的內(nèi)反射面上會(huì)聚的程度來改變照明設(shè)備的光學(xué)特性。
照明設(shè)備還可以包括外反射面。
外反射面使從光源發(fā)射的光向反射聚光面，外反射面被設(shè)置在 液體室在光入射面上的外部區(qū)域內(nèi)。
通過該結(jié)構(gòu)，偏離主體的光通過外反射面被再次反射向聚光 面，結(jié)果是可以進(jìn)一步提高利用效率。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能夠提供可以提高入射光的 利用效率的液體透4竟元件和照明i殳備。
如附圖所示，才艮據(jù)以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的詳細(xì)描述， 本發(fā)明的這些及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見。


圖1是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的液體透4竟元件的截面圖； 圖2是示出了液體透4竟元件的平面圖；圖3是示出了進(jìn)入液體透鏡元件的光的路徑； 圖4是示出了液體透4免元件的仿真結(jié)果的曲線圖； 圖5是示出了液體元件的仿真結(jié)果的表^f各； 圖6是示出了根據(jù)第二實(shí)施例的液體透鏡元件的截面圖； 圖7是示出了根據(jù)第三實(shí)施例的液體透鏡元件的截面圖； 圖8是示出了根據(jù)第四實(shí)施例的照明設(shè)備的截面圖；以及 圖9是示出了4艮據(jù)第五實(shí)施例的照明設(shè)備的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下文將參照附圖描述才艮據(jù)本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例的光學(xué)元件。 (第一實(shí)施例)
將描述才艮據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的液體透4竟元件1 。
圖1是根據(jù)本實(shí)施例的液體透鏡元件1的截面圖，以及圖2是 液體透鏡元件1的平面圖。圖1示出了沿圖2的線[A]-[A]截取的截 面圖。如圖所示，液體透4竟元件1包括具有通孔2的第三基板3、 第 一基外反4和第二基才反5。
第三基板3被設(shè)置在第一基板4與第二基板5之間，并且由通 孔2、第一基板4和第二基板5形成的空間充當(dāng)容納具有導(dǎo)電性的 第一液體12和具有絕緣特性的第二液體13的液體室6。
ii第一基板4和第三基板3通過坪接、超聲焊接、擴(kuò)散接合、鉚 接、螺旋夾、陽極接合等接合。
第二基板5和第三基板3經(jīng)由通過由彈性體等制成的密封構(gòu)件 14的夾具才幾構(gòu)(未示出)^皮此p齒合。
第三基板3可以適當(dāng)?shù)赜删哂懈咄腹馓匦缘慕^緣合成樹脂材料 (諸如，丙烯、PET (聚乙烯對(duì)苯二曱酸酯)和聚碳酸酯)、玻璃、 陶瓷等制成。通過使用具有高透光特性的材料，能夠降低穿過液體 透鏡元件1的光的強(qiáng)度損失?？蛇x地，第三基板3可以根據(jù)需要由 不會(huì)使光從其穿過的材料(例如，樹脂、陶瓷、金屬等)制成。
在第三基板3中形成的通孔2構(gòu)成了液體室6的側(cè)周面。才艮據(jù) 本實(shí)施例的通孔2具有橢圓形開口 ，但開口的形狀并不限于橢圓形， 而是可選;也可以為(例力口)圓形或矩形。另夕卜，多個(gè)通孑L2可以以 矩陣形式排列。通孔2的側(cè)壁相對(duì)于第一基才反4和第二基+反5的傾 斜角影響用作透鏡面的雙液體界面的形狀(曲率)，因此根據(jù)期望 的光學(xué)特性而確定。應(yīng)注意，通孑L 2的側(cè)壁可以垂直于第一基板4 和第二基纟反6或者可以具有曲面形狀。
在通孔2的周圍表面上，形成導(dǎo)電層9。
導(dǎo)電層9是具有導(dǎo)電性的薄膜。導(dǎo)電層9由具有高反射率的材 料(例如，鋁、銀以及鋁或銀與另一種金屬的合金)制成，并且通 過真空沉積法、濺射法等形成。導(dǎo)電層9在液體室6側(cè)上的表面(與 絕緣層IO接觸的表面)#1形成以反射光。
導(dǎo)電層9的一部分形成在第一基板4側(cè)的第三基才反3上，并充 當(dāng)用于將電壓/人外部電源(未示出)施加至導(dǎo)電層9的第 一 電4及9a。在導(dǎo)電層9和液體室6側(cè)的第一基^反4上，形成絕纟彖層10。絕 *彖層10必須完全覆蓋導(dǎo)電層9，從而防止導(dǎo)電層9與容納在液體室 6內(nèi)的液體接觸(稍后描述)。絕緣層10由具有高介電常數(shù)、防水 性和透光特性的材料制成。通過使絕緣層10具有透光特性，可以 使到達(dá)液體室6的側(cè)周面的光穿過絕緣層并到達(dá)導(dǎo)電層9。
滿足上述條件的絕緣層10的材料實(shí)例包括聚對(duì)二甲苯(聚二 曱苯基樹脂)、PVDF (聚偏氟乙烯)和石圭酮氧化層。例如，它們可 以通過CVD U匕學(xué)汽才目;冗積、)法或涂覆法形成。
第一基板4和第二基板5均由玻璃基板、陶瓷基板、非導(dǎo)電塑 料等形成。這些基板由具有高透光特性的材料制成(稍后描述)。
在根據(jù)本實(shí)施例的液體透鏡元件1中，光進(jìn)入第二基板5并從 第一基板4出射。因此，第二基板5的外表面充當(dāng)光入射面，以及 第一基4反4的外表面充當(dāng)光出射面。應(yīng)注意，光可以進(jìn)入第一基才反 4并從第二基板5出射。
在第二基板5在液體室6側(cè)上的表面上，形成用于將電壓從外 部電壓(未示出)施加至第一液體12的第二電極15。第二電極15 由諸如ITO (氧化銦錫)的透明電極材料制成。
液體室6包含第一液體12和第二液體13。這兩種液體不易獨(dú): 此混合并具有不同的絕對(duì)折射率。在兩種液體混合的情況下，不會(huì) 產(chǎn)生雙液體界面，并且如果折射率相同，則不會(huì)獲得由界面的形狀 引起的光學(xué)特性。另外，通過將兩種液體的具體比重設(shè)為相等，可 以防止雙液體界面響應(yīng)于液體透鏡元件1的振動(dòng)等而顯著變化以及 影響光學(xué)特性。
13第一液體12是導(dǎo)電或極性液體，并且理想地具有高透光性。 對(duì)于第一液體12，可以4吏用7K、電解液(諸如，氯化鈉溶液和氯化 鋰溶液)、酒精(諸如曱醇和乙醇)、常溫熔鹽等。在本實(shí)施例中， 氯4匕4里〉容液(3.36 wt%, 1.34的絕只于4斤射率)^皮用作第一液體12。
第二液體13是絕緣液體。因此，可以使用具有高透光性的液 體。對(duì)于第二液體13,可以4吏用石友水化合物(諸如癸烷、十二烷和 十六烷)、疏水性石圭酮油等。在本實(shí)施例中，石圭酮油(由Momentive Performance Materials 7>司生產(chǎn)的TSF437，纟色對(duì)折射率為1.49)凈皮 用作第二液體13。
如圖1所示，當(dāng)在液體室6中容納第一液體12和第二液體13 時(shí)，這兩種液體由于它們的不可混合性而分離成兩層。在本實(shí)施例 中，由于具有防水性的絕^彖層10形成在第三基才反3的通孔2的周 面上以及第一基4反4在液體容器側(cè)上的表面上(下文稱為防水區(qū) 域)，所以具有高表面能量的第一液體12防水并聚集于第二基板5 側(cè)，并且第二液體13分散在防水區(qū)域上并聚集于第一基板4側(cè)。
結(jié)果，產(chǎn)生了具有不同折射率的雙液體界面(即，透4竟面)。 雙液體界面變成具有由兩種液體之間以及兩種液體中的每個(gè)與絕 緣層IO之間的表面自由能確定的曲率的曲面。
接下來，將給出關(guān)于如上所述構(gòu)造的液體透鏡元件1的操作的描述。
圖3是示出了進(jìn)入液體透4竟元件1的光學(xué)路徑的示圖。
如圖3所示，由于第一液體12和第二液體13具有不同的絕對(duì) 折射率，所以進(jìn)入雙液體界面的光一艮據(jù)入射角而被折射。
14當(dāng)電壓被施加至液體透鏡元件1的第一電4及9a和第二電極15時(shí)，又又液體界面:^下由電潤濕爻丈應(yīng)而變形。
當(dāng)施加電壓時(shí)，產(chǎn)生了靜電勢(shì)，并JU吏第一液體12和導(dǎo)電層9中的電荷移動(dòng)。結(jié)果，不同的電荷通過絕緣層IO和第二液體13積聚在第一液體12的表面上以及在導(dǎo)電層9上，從而構(gòu)造了電容器。當(dāng)電荷被吸引到一起時(shí)，雙液體界面的接觸角發(fā)生變化，因而雙液體界面的曲率也發(fā)生變化(電潤濕效應(yīng))。即，導(dǎo)致透4竟面的變形。因此，與不施加電壓的情況相比，出射光被會(huì)聚或漫射(在本實(shí)施例中為會(huì)聚)。
這里，除了如上所述到達(dá)雙液體界面的光以外，進(jìn)入液體透4竟元件1的光還包括到達(dá)通孔2的周面的光。該光穿過具有透光特性的絕緣層10并到達(dá)導(dǎo)電層9。才艮據(jù)本實(shí)施例的導(dǎo)電層9具有反射性。因此，到達(dá)導(dǎo)電層9的光被反射并沿光軸方向傳播。結(jié)果，與導(dǎo)電層9不具有反射性的情況相比，能夠在光軸方向上利用更大量的光。這在液體透鏡元件1的尺寸(開口尺寸、元件的厚度和尺寸)小的情況下尤其有效。另外，因?yàn)閷?dǎo)電層9形成在通孔2的壁面上，所以能夠通過調(diào)整通孔2的壁面的傾殺+角來調(diào)整反射光的反射方向。
圖4是示出了各種液體透鏡元件的光學(xué)特性的曲線圖。
圖5是示出了各種液體透鏡元件的光學(xué)特性的表格。
圖4示出了關(guān)于在來自光源的入射光穿過液體透4竟元件之后的曝光量的分布的、在沒有施加電壓的狀態(tài)下通過對(duì)液體透4竟元件進(jìn)行仿真而獲得的結(jié)果。圖4的曲線是通過相對(duì)于取向角描繪曝光量(lx.s)而獲得的。0度的角對(duì)應(yīng)于光軸(正向)。圖5示出了關(guān)于垂直方向的取向角和關(guān)于光軸的閃光指數(shù)(guide number )的仿真結(jié)果。
用于上述仿真的液體透4免元件具有寬度為4 mm、長度為22mm和高度為2 mm的液體室、厚度為0.5 mm的第一和第二基—反、折射率為1.33的導(dǎo)電液體以及折射率為1.50的絕緣液體。光源是氛管(16.5 mm x①2.0 mm )。
液體透鏡元件的導(dǎo)電層是反射面(鋁層，反射率為75°/。)、吸收層(氧化鋁，反射率為0%)和透射層(丙烯)，并且針對(duì)每個(gè)都
獲得仿真結(jié)果。
如圖4所示，在導(dǎo)電層為吸收層的情況下，導(dǎo)致光量的大幅損失并獲得了最小曝光量。在導(dǎo)電層是反射層的情況下，曝光量以±30度增加。獲得了通過將反射面設(shè)定為導(dǎo)電層的效應(yīng)。另外，如圖5所示，根據(jù)關(guān)于光軸的閃光指數(shù)，在使用反射面的情況下，曝光量也增力口。
(第二實(shí)施例)
接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的液體透鏡元件20。
將簡化或省略對(duì)液體透4竟元件20與4艮據(jù)第一實(shí)施例的液體透鏡元件1的結(jié)構(gòu)和操作相同的結(jié)構(gòu)和操作的描述，并且將主要描述不同點(diǎn)。同樣適用于隨后的實(shí)施例。
圖6是根據(jù)本實(shí)施例的液體透鏡元件20的截面圖。如圖6所示，液體透鏡元件20包括反射層21。反射層21被設(shè)置在第三基板3、第一基板4和第二基板5的外周部(除光入射面和光出射面外的外表面)上。反射層21由諸如鋁的材并+制成并通過例如真空沉積法形成。液體透鏡元件20在第三基板3側(cè)上的表面、在第一基板4側(cè)上的表面以及在第二基板5側(cè)上的表面都是反射面。不同于第一實(shí)施例的導(dǎo)電層9，液體透4竟元件20的導(dǎo)電層9可以不一定具有反射性。不同于第一實(shí)施例的第三基板，第三基才反3由具有高透光特性的材料(諸如，玻璃和丙烯)制成，以使光穿過第三基板3。
進(jìn)入液體透鏡元件20的一部分光穿過具有透光特性的導(dǎo)電層9、絕緣層10和第三基4反3，或者穿過第三基寺反3并到達(dá)反射層21,而不穿過導(dǎo)電層9和絕緣層10。
到達(dá)反射層21的光被反射層21反射向光軸方向。結(jié)果，與不i殳置反射層21的情況相比，在光軸方向上可以利用更大量的光。
在才艮據(jù)第一實(shí)施例的液體透鏡元件1中，導(dǎo)電層9凈皮用作反射層。但是，導(dǎo)電層9形成在通孔2的周面上，因此，限制了導(dǎo)電層9的位置和取向。這是因?yàn)殡p液體界面由于電潤濕效應(yīng)而產(chǎn)生的變形受到雙液體界面與通孔2 (導(dǎo)電層9和絕緣層10形成在其上)之間的4妄觸角的影響。應(yīng)注意，絕纟彖層10作為電介質(zhì)體4翁入導(dǎo)電層9與第一液體12之間，因而不能任意設(shè)定絕緣層10的厚度。
17即，在導(dǎo)電層9被用作反射面的情況下，很難任意設(shè)定導(dǎo)電層9的位置和取向角。根據(jù)第二實(shí)施例的反射層21形成在第三基板3的外周上，因此可以任意設(shè)定反射層21的位置和取向角。
(第三實(shí)施例)
接下來，將描述4艮據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的液體透4竟元件30。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體透鏡元件30的截面圖。
如圖7所示，液體透4竟元件30包4舌充當(dāng)反射面的導(dǎo)電層9和反射層31。反射層31由具有高反射性的材料(諸如，鋁層)制成。第三基板3由具有高透光特性的材料(諸如，玻璃和丙烯)制成。
在入射光中，到達(dá)導(dǎo)電層9的光在光軸方向上被導(dǎo)電層9反射。另外，穿過第三基板3并到達(dá)反射層31的光也在光軸方向上被反射層31反射。因此，可以提高入射光的利用效率。另外，導(dǎo)電層9
從而能夠反射入射角不同的光束。
還能夠?qū)胪该鞣瓷溏R用于導(dǎo)電層9。在此情況下，在到達(dá)導(dǎo)電層9的光中，導(dǎo)電層9使光以能夠容易反射的角反射而使光以難以反射的角從其穿過。穿過過導(dǎo)電層9的光被反射層31反射。
另外，使導(dǎo)電層9的后面(第三基板3側(cè)上的表面)具有反射性，從而能夠使由反射層31反射的光被導(dǎo)電層9的背面反射并再次被反射層31反射。例如，這對(duì)于光源與液體透鏡元件30之間的距離很短并且在入射光中到達(dá)反射層31的光相對(duì)于光軸的角很大的情況是有效的。
(第四實(shí)施例)
接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的照明設(shè)備40。
圖8是才艮據(jù)本實(shí)施例的照明i殳備40的截面圖。
如圖8所示，照明設(shè)備40包括液體透鏡元件41、光源42和聚光面43。
光源42以預(yù)定距離設(shè)置在液體透鏡元件41的第二基板5側(cè)上。例如，聚光面43被設(shè)置成從光源42的背面?zhèn)?與液體透鏡元件41的相對(duì)面?zhèn)?覆蓋從光源42到第二基板5的空間。
液體透鏡元件41對(duì)應(yīng)于根據(jù)第一實(shí)施例~第三實(shí)施例的液體透4竟元件之一，并包4舌i殳置在如上所述的液體透4竟元件41內(nèi)部(包括第三基板3的外圍)的反射面(內(nèi)反射面)。
光源42是諸如氬管和LED (發(fā)光二4及管)的發(fā)光元件。
例如，聚光面(反射鏡)43由其內(nèi)表面經(jīng)過類鏡面拋光的金屬板形成，并被形成為使從光源42發(fā)出的光沿光軸方向反射并會(huì)聚在正向上的形狀(例如，拋物面形狀)。另外，^^齊聚光面43,可以使用諸如導(dǎo)光體的光學(xué)構(gòu)件，其通過在透明體的內(nèi)部與空氣層之間的界面處重復(fù)沖丸4亍全反射來透射光。從光源42發(fā)出的光部分地直接透射向液體透鏡元件41 ，并且被聚光面43部分反射并透射到液體透4竟元件41。進(jìn)入第二基板5的光穿過兩種液體12與13之間的界面(透鏡面)并獲得透鏡效應(yīng)，以從第一基板4射出。雙液體界面的焦距可以通過如上所述對(duì)雙液體界面執(zhí)行電變形而調(diào)整。不向光出射面(第一基4反4)而向液體室的6的周面?zhèn)鞑サ墓獗环瓷涿?導(dǎo)電層9)反射，并沿光軸方向(正向)取向。因此，可以增力口光軸方向上的光量。
根據(jù)本實(shí)施例，通過聚光面43在正向上增大從光源42發(fā)出的光的聚光效率，因此，與上述實(shí)施例相比，能夠增加光軸方向上的光量。另外，通過優(yōu)化由導(dǎo)電層9形成的反射面的位置、角、尺寸等，可以獲得理想的光學(xué)特性。當(dāng)然，可以^4居反射面的結(jié)構(gòu)來優(yōu)化聚光面43。
另夕卜，聚光面43的結(jié)構(gòu)并不限于聚光面43遠(yuǎn)離如圖8所示的液體透4竟元件41 i殳置的實(shí)例，而是^^替i也，可以采用液體透4竟元件41和聚光面43 4皮作為一體形成的結(jié)構(gòu)。例如，聚光面43的開口的端部可以完整地接合至第二基板5。通過該結(jié)構(gòu)，可以防止光在聚光面43與第二基板5之間漏出，結(jié)果可以進(jìn)一步提高利用效率。
另外，液體透4竟元件41的基才反-液體界面和只又液體界面具有不同的絕對(duì)折射率，所以入射光部分地經(jīng)過全反射。根據(jù)本實(shí)施例，聚光面43被設(shè)置在液體透鏡元件41的光入射側(cè)上。因此，被全反射并沿入射方向返回的光還可以被聚光面43再次反射，這能夠有助于提高光利用效率。
20(第五實(shí)施例)
接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的照明設(shè)備50 。
圖9是示出了根據(jù)本實(shí)施例的照明設(shè)備50的截面圖。
如圖9所示，照明設(shè)備50包括液體透鏡元件51、光源52和聚 光面53。這些部件的布置與第四實(shí)施例中的布置相同。
液體透鏡元件51可以由根據(jù)第——第三實(shí)施例的液體透鏡元 件形成。圖9所示的液體透4竟元件51包4舌內(nèi)反射面(導(dǎo)電層9)和 設(shè)置在第二基板5上的外反射面54。
外反射面54在第二基板的外部(光入射面)上形成在向聚光 面53的開口邊緣部分突出的凸部5a上。凸部5a被設(shè)置在第二基 板5上的外圍區(qū)域內(nèi)。此處，外圍區(qū)域是指在第二基板5的表面(光 入射面)上除了朝向透鏡面的光入射if各徑區(qū)域(中心區(qū)域)外的區(qū) 域。外反射面54由白樹脂層或諸如鋁層的金屬層形成，其形成在 凸部5a在中心區(qū)i或側(cè)上的表面上，并凈皮形成為拋物面形一犬等。
光源52和聚光面53與第四實(shí)施例相同。
液體透4竟元件51 ^皮從光源53發(fā)出的光照射。在進(jìn)入第二基才反 5的光中，到達(dá)外圍區(qū)域(形成在該外圍區(qū)域上的凸部5a)的光被 外反射面54反射，被聚光面53重復(fù)反射，并進(jìn)入第二基板5的中
心區(qū)域。如上所述，到達(dá)中心區(qū)域的光穿過雙液體界面(透鏡面)，并
從第一基板4出射。到達(dá)內(nèi)反射面的光沿光軸方向被反射面(導(dǎo)電 層9)反射，乂人而增加了光軸方向上的光量。
根據(jù)本實(shí)施例，由于設(shè)置了外反射面54,所以進(jìn)入第二基板5 的外圍區(qū)域的光返回向光源52并被聚光面53重復(fù)反射，從而可以 使光進(jìn)入中心區(qū)域。因此，可以提高光利用效率，并且可以提高光 軸方向上的出射光量。
應(yīng)注意，在以上描述中，外反射面54是形成在與第二基板5 整體形成的凸部5a上的金屬層，但是具有對(duì)應(yīng)于凸部5a的形狀的 金屬結(jié)構(gòu)可以^皮:沒置在第二基板5的外圍區(qū)i或而非凸部5a內(nèi)，從 而形成外反射面。另外，凸部5a可以沿第二基斧反5上的區(qū)域連續(xù) 或間斷地形成，其與聚光面53的開口邊緣部分相對(duì)。另外，外反 射面54的形狀并不限于如圖所示的曲面，而替代地可以是平面。 此夕卜，聚光面53和外反射面54可以4皮此連4妄。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，而是可以對(duì)其應(yīng)用各種變化。
在上述實(shí)施例中，使用了光從第二基板進(jìn)入液體透鏡元件的結(jié) 構(gòu)?？蛇x地，光可以乂人第一基才反側(cè)進(jìn)入液體透4竟元件。反射面(內(nèi) 反射面和外反射面)的位置和傾斜角祐 沒定為對(duì)應(yīng)于光源的位置。
根據(jù)以上實(shí)施例的光學(xué)元件均具有導(dǎo)電層9和絕緣層10分層 形成(layer)在具有絕緣性的第三基板3上的結(jié)構(gòu)，但是結(jié)構(gòu)并不 限于此。絕緣層還可以形成在具有導(dǎo)電性的第三基板上。在此情況
22下，當(dāng)?shù)谌逵删哂蟹瓷湫缘牟牧现瞥蓵r(shí)或者當(dāng)對(duì)第三基板3的 表面執(zhí)行給予反射性的處理時(shí)，第三基板可以充當(dāng)反射面。
根據(jù)第四實(shí)施例和第五實(shí)施例的照明設(shè)備均包括一個(gè)液體透 鏡元件、 一個(gè)光源和一個(gè)聚光面，但是這些部件的數(shù)量并不分別限 于一個(gè)。例如，可以采用排列多個(gè)光源的照明設(shè)備和排列多個(gè)液體 透鏡元件的照明設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種液體透鏡元件，包括主體，具有光入射面和光出射面，并包括形成在其中的液體室；透鏡面，通過被電變形而改變從所述光出射面出射的光的取向，所述透鏡面由容納在所述液體室內(nèi)并具有不同折射率的兩種液體之間的界面形成；以及第一反射面，使進(jìn)入所述光入射面的一部分光反射向所述透鏡面的光軸，所述第一反射面被設(shè)置給所述主體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體透鏡元件，其中，所述主體包4舌第一基板，用以形成所述光出射面，第二基纟反，用以形成所述光入射面，以及第三基板，設(shè)置在所述第一基板與第二基板之間， 所述第三基才反具有形成所述液體室的側(cè)周面的通孔。
3. 才艮據(jù)4又利要求2所述的液體透4竟元件，其中，所述第一反射面祐 沒置在所述液體室的所述側(cè)周 面上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的液體透鏡元件，其中，所述第三基板具有絕緣性，并且 其中，所述主體還包4舌導(dǎo)電層，祐:i殳置在所述液體室的所述側(cè)周面上，和 絕緣層，覆蓋所述導(dǎo)電層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的液體透鏡元件，其中，所述第一反射面是所述導(dǎo)電層。
6. 4艮據(jù)權(quán)利要求2所述的液體透鏡元件，其中，所述第三基板具有透光特性，以及其中，所述第一反射面被設(shè)置在所述主體的外周部上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的液體透鏡元件，其中，所述第三基板具有絕緣性，并且 其中，所述主體還包才舌導(dǎo)電層，i殳置在所述液體室的所述側(cè)周面上，和絕緣層，覆蓋所述導(dǎo)電層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的液體透鏡元件，其中，所述第三基板具有透光特性，并且其中，所述第一反射面被設(shè)置在所述液體室的所述側(cè)周 面上，所述液體透4竟元件還包括設(shè)置在所述主體的外周部上的第二反射面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的液體透鏡元件，其中，所述第三基板具有絕緣特性，以及 其中，所述主體還包4舌導(dǎo)電層，_沒置在所述液體室的所述側(cè)周面上，和 絕緣層，覆蓋所述導(dǎo)電層。
10. —種照明i殳備，包4舌主體，具有光入射面和光出射面，并包括形成在其中的 液體室；透4竟面，通過^皮電變形而改變從所述光出射面出射的光 的取向，所述透鏡面由包含在所述液體室內(nèi)并具有不同折射率 的兩種液體之間的界面形成；內(nèi)反射面，4吏進(jìn)入所述光入射面的一部分光反射向所述 透鏡面的光軸，所述內(nèi)反射面被設(shè)置給所述主體；光源，發(fā)出進(jìn)入所述光入射面的光；以及聚光面，使從所述光源發(fā)出的光會(huì)聚向所述液體室。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的照明設(shè)備，還包括外反射面，用以使從所述光源發(fā)出的光反射向所述聚光 面，所述外反射面祐 沒置在所述液體室在所述光入射面上的外 部區(qū)i或內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了液體透鏡元件和照明設(shè)備，其中，該液體透鏡元件包括主體、透鏡面和第一反射面。主體具有光入射面和光出射面，并包括形成在其中的液體室。透鏡面通過被電變形而改變從光出射面出射的光的取向，并且該透鏡面由包含在液體室內(nèi)并具有不同折射率的兩種液體之間的界面形成。第一反射面使進(jìn)入光入射面的一部分光反射向透鏡面的光軸，并且第一反射面被設(shè)置給主體。通過本發(fā)明，能夠提高入射光的利用效率。
文檔編號(hào)G02B3/12GK101661121SQ200910167588
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者土屋美樹, 小日向真理子, 石黑裕章, 高井雄一 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社