用于液體透鏡的非水導(dǎo)電液體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電潤(rùn)濕光學(xué)裝置、其制造方法及其應(yīng)用。本發(fā)明還涉及包括所述電潤(rùn) 濕光學(xué)裝置的液體透鏡以及包括所述液體透鏡的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于電潤(rùn)濕的液體透鏡是已知的，一些專利文獻(xiàn)例如EP1816491A1和 EP1166157A1涉及這方面的總體描述和應(yīng)用。這些專利文獻(xiàn)中描述的基于電潤(rùn)濕的液體透 鏡如所有的現(xiàn)有商業(yè)應(yīng)用中存在的一樣，是基于兩相的存在而形成，這兩相為油相和導(dǎo)電 相，該導(dǎo)電相是基于水的，大致包括50重量％或者更多的水、50重量％或者更少的有機(jī)極 性成分例如乙二醇。此外，該兩相總體上是非混的，因此在包括例如聚氯代對(duì)二甲苯的介電 材料的絕緣基質(zhì)上形成三個(gè)界面。
[0003] 水通常用作導(dǎo)電相的主要成分，因?yàn)樗谒鰧?dǎo)電相中提供強(qiáng)極性成分。實(shí)際上， 根據(jù)楊氏方程，丫導(dǎo)電相/介電相=丫油相/介電相+cos θ γ油相/導(dǎo)電相，其中γ 是相i和相j之間 的表面能，當(dāng)導(dǎo)電相具有最強(qiáng)極性時(shí)，油易于在介電表面上潤(rùn)濕。此外，水在導(dǎo)電相中的使 用使得油和導(dǎo)電相之間的互溶性最小化，即使在高溫下也是如此，這可形成可接受的電潤(rùn) 濕性能。
[0004] 然而，基于水的導(dǎo)電相的缺點(diǎn)包括：水的揮發(fā)性，特別是當(dāng)電潤(rùn)濕裝置用在溫暖或 者高溫環(huán)境中；電潤(rùn)濕裝置被導(dǎo)電相腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，通常是鹽水腐蝕；以及水使電潤(rùn)濕裝置 劣化的傾向，而因此使包括電潤(rùn)濕裝置的任何液體透鏡、設(shè)備或者組件發(fā)生劣化。特別是， 對(duì)于液體透鏡應(yīng)用，水的使用導(dǎo)致水隨著時(shí)間緩慢蒸發(fā)并且水泄漏到液體透鏡外部。此外， 當(dāng)太多的水流失時(shí)，透鏡中會(huì)出現(xiàn)氣泡，這導(dǎo)致這些透鏡失效。例如，EP1816491A1中描述 的液體透鏡由于在高溫下長(zhǎng)時(shí)間存放后氣泡在水基導(dǎo)電相中出現(xiàn)而發(fā)生故障。水基導(dǎo)電相 在工業(yè)應(yīng)用中的另一缺點(diǎn)是要求水基導(dǎo)電相具有-20Γ的冰點(diǎn)，在不損害水基導(dǎo)電相的其 他性能的情況下這是難以實(shí)現(xiàn)的。
[0005] 其他專利文獻(xiàn)中也有關(guān)于可用在電潤(rùn)濕裝置中的導(dǎo)電相的其他總體描述，例如 W02004/099845A1。然而，據(jù)我們所知，所有專利文獻(xiàn)公開的都是水基導(dǎo)電相。
[0006] 盡管如此，一些學(xué)術(shù)文獻(xiàn)上提及一些示例的電潤(rùn)濕裝置用非水制劑。例如， Heikenfeld等描述了電潤(rùn)濕用非水導(dǎo)電相（參見J. disp. Technol. 2011，7, 649 - 656 ; Langmuir 2009, 25, 12387 - 12392)。具體而言，這些非水導(dǎo)電相包括DMS0、乙二醇、甲酰胺、 γ-丁內(nèi)酯、N-甲基甲酰胺、碳酸丙烯酯、丙二醇或2-吡咯烷酮，并且還包括少量大尺寸離 子，例如溶解在其中的陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS)。為了避免電潤(rùn)濕過程中的 電荷注入問題，大尺寸離子在非水導(dǎo)電相中需低濃度使用（少于1重量％，優(yōu)選少于0. 5重 量％ )。此外，這些文獻(xiàn)中描述的油是十二烷和聚二甲基硅氧烷，它們?cè)跇O性介質(zhì)中是高度 難溶的。但是，這些油和非水導(dǎo)電相的密度不匹配，其光學(xué)指數(shù)不適用于具有質(zhì)量要求的液 體透鏡應(yīng)用。
[0007] 最近，來自X. Hu, S. Zhang, Υ. Liu, C. Qu和L. Lu的文獻(xiàn)描述了基于離子液體的非水 導(dǎo)電相（參見Applied Physics Letters 211,99,213505).但是，基于離子液體的非水導(dǎo) 電相是不夠的，因?yàn)樗麄儾粷M足具有低于_20°C的冰點(diǎn)的要求。實(shí)際上，離子液體在室溫下 是固態(tài)。
[0008] 因此，持續(xù)需要提供高度可靠的電潤(rùn)濕裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種無水的電潤(rùn)濕光學(xué)裝置，其相比于包括水基導(dǎo)電相 的裝置確保具有更好的可靠性。此外，該電潤(rùn)濕裝置對(duì)于溫度具有高穩(wěn)定性。仿真顯示在 高溫下數(shù)年或者數(shù)十年之內(nèi)沒有氣泡出現(xiàn)。此外，根據(jù)本發(fā)明的電潤(rùn)濕裝置的非水導(dǎo)電液 體滿足電潤(rùn)濕裝置的規(guī)范要求（例如冰點(diǎn)低于-20°c )。這里提供的電潤(rùn)濕裝置的非水導(dǎo) 電液體和不導(dǎo)電液體具有非常低的互溶性。例如，根據(jù)本發(fā)明的電潤(rùn)濕裝置不導(dǎo)電液體在 非水導(dǎo)電液體中的溶解度減小了 15%或者更多。此外，根據(jù)本發(fā)明的電潤(rùn)濕裝置在暴露于 高于25°C的溫度下時(shí)具有改進(jìn)了的穩(wěn)定的光學(xué)性能。
[0010] 根據(jù)第一方面，上述目的和其他優(yōu)點(diǎn)通過如下電潤(rùn)濕光學(xué)裝置實(shí)現(xiàn)，其包括：非水 導(dǎo)電液體以及不導(dǎo)電液體，這些液體是不互溶的；以及介電外殼，上述兩種液體在所述介電 外殼上接觸，形成三個(gè)界面，其中，所述非水導(dǎo)電液體包括：非離子極性有機(jī)溶劑；和至少 2重量％的第一化合物；其中，所述第一化合物是非水的，并且是離子的或者非離子的；其 中，如果所述第一化合物是非離子的，則所述第一化合物比所述溶劑極性更強(qiáng)，非離子的所 述第一化合物的極性通過Hansen參數(shù)測(cè)定，其Hansen極性參數(shù)δ p與Hansen氫鍵參數(shù) S h的和高于所述非離子極性有機(jī)溶劑的對(duì)應(yīng)Hansen參數(shù)的和，所述非水導(dǎo)電液體還包括 離子第二化合物。
[0011] 根據(jù)第二方面，上述一個(gè)或者多個(gè)目的可以通過包括根據(jù)第一方面的電潤(rùn)濕光學(xué) 裝置的液體透鏡實(shí)現(xiàn)。
[0012] 根據(jù)第三方面，上述一個(gè)或者多個(gè)目的可以通過包括根據(jù)第二方面的液體透鏡的 設(shè)備實(shí)現(xiàn)。
[0013] 根據(jù)第四方面，上述一個(gè)或者多個(gè)目的可以通過一種用于制造電潤(rùn)濕光學(xué)裝置的 方法實(shí)現(xiàn)，該方法包括：提供介電外殼；以及通過使非水導(dǎo)電液體和不導(dǎo)電液體在所述介 電外殼上接觸，形成三個(gè)界面，這些液體是不互溶的；其中，所述非水導(dǎo)電液體包括：非離 子極性有機(jī)溶劑；和至少2重量％的第一化合物；其中，所述第一化合物是非水的，并且是 離子的或者非離子的；其中，如果所述第一化合物是非離子的，所述第一化合物比所述溶劑 極性更強(qiáng)，非離子的所述第一化合物的極性通過Hansen參數(shù)測(cè)定，其Hansen極性參數(shù)δ p 與Hansen氫鍵參數(shù)δ h的和高于所述非離子極性有機(jī)溶劑的對(duì)應(yīng)Hansen參數(shù)的和，所述 非水導(dǎo)電液體還包括離子第二化合物。
[0014] 根據(jù)第五方面，上述一個(gè)或者多個(gè)目的可以通過非水導(dǎo)電液體作為電潤(rùn)濕光學(xué)裝 置的組件的用途實(shí)現(xiàn)，所述非水導(dǎo)電液體包括：非離子極性有機(jī)溶劑；和至少2重量％的第 一化合物；其中，所述第一化合物是非水的，并且是離子的或者非離子的；其中，如果所述 第一化合物是非離子的，所述第一化合物比所述溶劑極性更強(qiáng)，非離子的所述第一化合物 的極性通過Hansen參數(shù)測(cè)定，其Hansen極性參數(shù)δ p與Hansen氫鍵參數(shù)δ J1的和高于非 離子極性有機(jī)溶劑的對(duì)應(yīng)Hansen參數(shù)的和，所述非水導(dǎo)電液體還包括離子第二化合物。
[0015] 其他方面和優(yōu)點(diǎn)從以下的描述、附圖和所附的權(quán)利要求中將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0016] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的一種示例性電潤(rùn)濕光學(xué)裝置的簡(jiǎn)化剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式。在下面對(duì)實(shí)施方式的描述中，闡 述了多個(gè)具體細(xì)節(jié)來提供對(duì)本發(fā)明的更全面的理解。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本發(fā)明可 以在不具備這些細(xì)節(jié)的情況下被實(shí)施。在其他情況下，已知的特征沒有詳細(xì)描述，以避免不 必要地復(fù)雜化本發(fā)明。
[0018] 這里，術(shù)語"包括"是包括性或者說開放式的，不排除其他沒有列出的成分。此外， 術(shù)語"大約"和"基本上"是同義的，可與相應(yīng)的值有20%的差距，優(yōu)選10%的差距。
[0019] 在下文中，"有機(jī)化合物"是指主要包括碳和氫的化合物，其可以包括其他元素，例 如氧、氮、硫和磷，除了元素碳、碳酸鹽、二氧化碳、和氰化碳分子。在下文中，"無機(jī)化合物" 是指不被認(rèn)為是"有機(jī)"的化合物。在下文中，"離子化合物"是指離子通過至少一個(gè)離子 鍵而結(jié)合的化合物。"在下文中