[发明专利]用于液体透镜的非水导电液体

说明书

本发明涉及用于液体透镜的非水导电液体和电润湿光学装置，其包括：非水导电液体以及不导电液体，这些液体是不互溶的；以及介电外壳，上述两种液体在所述介电外壳上接触，形成三个界面。所述非水导电液体包括：非离子极性有机溶剂；和至少2重量％的第一化合物；所述第一化合物是非水的，并且是离子的或者非离子的；如果所述第一化合物是非离子的，所述第一化合物比所述溶剂极性更强，非离子的所述第一化合物的极性通过Hansen参数测定，其Hansen极性参数δ_p与Hansen氢键参数δ_h的和高于所述非离子极性有机溶剂的对应Hansen参数的和，所述非水导电液体还包括离子第二化合物。

技术领域

本发明涉及电润湿光学装置、其制造方法及其应用。本发明还涉及包括所述电润湿光学装置的液体透镜以及包括所述液体透镜的设备。

背景技术

基于电润湿的液体透镜是已知的，一些专利文献例如EP1816491A1和EP1166157A1涉及这方面的总体描述和应用。这些专利文献中描述的基于电润湿的液体透镜如所有的现有商业应用中存在的一样，是基于两相的存在而形成，这两相为油相和导电相，该导电相是基于水的，大致包括50重量％或者更多的水、50重量％或者更少的有机极性成分例如乙二醇。此外，该两相总体上是非混的，因此在包括例如聚氯代对二甲苯的介电材料的绝缘基质上形成三个界面。

水通常用作导电相的主要成分，因为水在所述导电相中提供强极性成分。实际上，根据杨氏方程，γ_{导电相/介电相}＝γ_{油相/介电相}+cosθγ_{油相/导电相},其中γ_i/j是相i和相j之间的表面能，当导电相具有最强极性时，油易于在介电表面上润湿。此外，水在导电相中的使用使得油和导电相之间的互溶性最小化，即使在高温下也是如此，这可形成可接受的电润湿性能。

然而，基于水的导电相的缺点包括：水的挥发性，特别是当电润湿装置用在温暖或者高温环境中；电润湿装置被导电相腐蚀的风险，通常是盐水腐蚀；以及水使电润湿装置劣化的倾向，而因此使包括电润湿装置的任何液体透镜、设备或者组件发生劣化。特别是，对于液体透镜应用，水的使用导致水随着时间缓慢蒸发并且水泄漏到液体透镜外部。此外，当太多的水流失时，透镜中会出现气泡，这导致这些透镜失效。例如，EP1816491A1中描述的液体透镜由于在高温下长时间存放后气泡在水基导电相中出现而发生故障。水基导电相在工业应用中的另一缺点是要求水基导电相具有-20℃的冰点，在不损害水基导电相的其他性能的情况下这是难以实现的。

其他专利文献中也有关于可用在电润湿装置中的导电相的其他总体描述，例如WO2004/099845A1。然而，据我们所知，所有专利文献公开的都是水基导电相。

尽管如此，一些学术文献上提及一些示例的电润湿装置用非水制剂。例如，Heikenfeld等描述了电润湿用非水导电相(参见J.disp.Technol.2011,7,649–656；Langmuir 2009,25,12387–12392)。具体而言，这些非水导电相包括DMSO、乙二醇、甲酰胺、γ-丁内酯、N-甲基甲酰胺、碳酸丙烯酯、丙二醇或2-吡咯烷酮，并且还包括少量大尺寸离子，例如溶解在其中的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)。为了避免电润湿过程中的电荷注入问题，大尺寸离子在非水导电相中需低浓度使用(少于1重量％，优选少于0.5重量％)。此外，这些文献中描述的油是十二烷和聚二甲基硅氧烷，它们在极性介质中是高度难溶的。但是，这些油和非水导电相的密度不匹配，其光学指数不适用于具有质量要求的液体透镜应用。

最近，来自X.Hu,S.Zhang,Y.Liu,C.Qu和L.Lu的文献描述了基于离子液体的非水导电相(参见Applied Physics Letters 211,99,213505).但是,基于离子液体的非水导电相是不够的，因为他们不满足具有低于-20℃的冰点的要求。实际上，离子液体在室温下是固态。

因此，持续需要提供高度可靠的电润湿装置。

发明内容