用于液体透镜的非水导电液体的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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，丫导电相/介电相=丫油相/介电相+cos θ γ油相/导电相，其中γ 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。
[0004] 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-20Γ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。
[0005] 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 W02004/099845A1。然而，据我们所知，所有专利文献公开的都是水基导电相。
[0006] 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DMS0、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。
[0007] 最近，来自X. Hu, S. Zhang, Υ. 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°C的冰点的要求。实际上，离子液体在室温下 是固态。
[0008] 因此，持续需要提供高度可靠的电润湿装置。
【发明内容】
[0009] 本发明的一个目的是提供一种无水的电润湿光学装置，其相比于包括水基导电相 的装置确保具有更好的可靠性。此外，该电润湿装置对于温度具有高稳定性。仿真显示在 高温下数年或者数十年之内没有气泡出现。此外，根据本发明的电润湿装置的非水导电液 体满足电润湿装置的规范要求（例如冰点低于-20°c )。这里提供的电润湿装置的非水导 电液体和不导电液体具有非常低的互溶性。例如，根据本发明的电润湿装置不导电液体在 非水导电液体中的溶解度减小了 15%或者更多。此外，根据本发明的电润湿装置在暴露于 高于25°C的温度下时具有改进了的稳定的光学性能。
[0010] 根据第一方面，上述目的和其他优点通过如下电润湿光学装置实现，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，其中，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；其中，所述第一化合物是非水的，并且是离子的或者非离子的；其 中，如果所述第一化合物是非离子的，则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 S 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。
[0011] 根据第二方面，上述一个或者多个目的可以通过包括根据第一方面的电润湿光学 装置的液体透镜实现。
[0012] 根据第三方面，上述一个或者多个目的可以通过包括根据第二方面的液体透镜的 设备实现。
[0013] 根据第四方面，上述一个或者多个目的可以通过一种用于制造电润湿光学装置的 方法实现，该方法包括：提供介电外壳；以及通过使非水导电液体和不导电液体在所述介 电外壳上接触，形成三个界面，这些液体是不互溶的；其中，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；其中，所述第一化合物是非水的，并且是 离子的或者非离子的；其中，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。
[0014] 根据第五方面，上述一个或者多个目的可以通过非水导电液体作为电润湿光学装 置的组件的用途实现，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；其中，所述第一化合物是非水的，并且是离子的或者非离子的；其中，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 J1的和高于非 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。
[0015] 其他方面和优点从以下的描述、附图和所附的权利要求中将是显而易见的。
【附图说明】
[0016] 图1是根据本发明的实施方式的一种示例性电润湿光学装置的简化剖视图。
【具体实施方式】
[0017] 下面参照附图详细描述本发明的各个实施方式。在下面对实施方式的描述中，阐 述了多个具体细节来提供对本发明的更全面的理解。但是，本领域技术人员理解，本发明可 以在不具备这些细节的情况下被实施。在其他情况下，已知的特征没有详细描述，以避免不 必要地复杂化本发明。
[0018] 这里，术语"包括"是包括性或者说开放式的，不排除其他没有列出的成分。此外， 术语"大约"和"基本上"是同义的，可与相应的值有20%的差距，优选10%的差距。
[0019] 在下文中，"有机化合物"是指主要包括碳和氢的化合物，其可以包括其他元素，例 如氧、氮、硫和磷，除了元素碳、碳酸盐、二氧化碳、和氰化碳分子。在下文中，"无机化合物" 是指不被认为是"有机"的化合物。在下文中，"离子化合物"是指离子通过至少一个离子 键而结合的化合物。"在下文中