CN100454047C

CN100454047C - 用于液体透镜的高可靠性液体

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Publication number: CN100454047C
Application number: CNB2006101159491A
Authority: CN
Inventors: 裴宰英; 崔熙圣; 郑夏龙; 金钟允
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2026-08-21
Also published as: KR20070021807A; JP4173173B2; KR100703089B1; US20070040146A1; CN1916669A; US7656588B2; JP2007052438A; GB2433607B; DE102006038618A1; GB2433607A; GB0616412D0

Abstract

在此公开了一种用于液体透镜的液体以及一种液体透镜模块。用于液体透镜的液体包括电解质溶液和绝缘溶液，其中，电解质溶液包含H₂O、1，2-丙二醇和LiCl，绝缘溶液是硅油并可选的包含作为有机添加剂的1，6-二溴己烷或溴苯。液体透镜模块包括：透明盖；壳体，用于容纳电解质溶液和绝缘溶液；一对电极，用于对电介质溶液供电；绝缘膜，用于覆盖电极中与所述电解质溶液接触的那个电极，其中，所述电解质溶液包含H₂O、1，2-丙二醇和LiCl，所述绝缘溶液是硅油。在用于液体透镜的液体中使用的电解质溶液和绝缘溶液满足液体透镜的要求。此外，用于液体透镜的液体确保较好的低温和高温可靠性。因此，这种用于液体透镜的液体适于商业化。

Description

用于液体透镜的高可靠性液体

本申请基于并要求2005年8月19日提交的第2005-76450号韩国申请的优先权，该申请的公开通过引用全部包含于此。

技术领域

本发明涉及一种用于液体透镜的液体。更具体地讲，本发明涉及一种包括电解质溶液和绝缘溶液的用于液晶透镜的液体、电解质溶液和绝缘溶液的组合物，以及一种包括用于液体透镜的液体的液体透镜模块。

背景技术

自二十一世纪初以来，基于电润湿现象大量的研究集中在液体透镜方面。目前，液体透镜用于各种应用领域。“电润湿”是一种利用液体的界面存在的电荷来改变液体的表面张力的现象。可利用电润湿现象来处理液体中存在的微液体(microliquid)和微粒。

与传统的机械制造方法相比，利用电润湿现象制造自动对焦(A/F)的液体透镜的方法的优势在于降低了电功耗并将液体透镜小型化。基于这些优点，以工业化规模生产液体透镜已经很快取得了成就。目前，在广泛的各种应用包括显示装置、光学装置和微机电系统(MEMS)中利用电润湿现象。

然而，液体透镜还没有投入实际使用。液体透镜成功商业化的两个主要障碍是：元件不能完全机械连接；在高温(+85℃)持续96个小时或更长时间的可靠性测试后两种溶液之间可能会混合。

还未清楚地建立电润湿现象的机理，迄今也没有关于具有较好的高温和低温可靠性的液体透镜的报道。尽管大量的专利申请描述了利用电润湿现象的液体透镜的机械构造，但是这些申请都没有公开液体透镜的液体组成物。而且，在这些专利申请中也没有提及一种在考虑到在高温可靠性测试后控制电解质溶液和绝缘溶液的混合的同时可以根本防止这两种溶液在室温下混合的可能性的用于液体透镜的液体组成物。

用于液体透镜的液体包括导电的电解质溶液和电绝缘溶液。这两种溶液必须具有相同的密度并且它们的折射率的差大。另外，这两种溶液必须具有以简单的方式制造并实现透镜所需的合适的粘度和表面张力。对于液体透镜的商业化，在高温(+85℃)持续96个小时或更长时间的可靠性测试后，必须保证这两种溶液不混合。然而，在高温可靠性测试后两种溶液之间的化学反应和物理反应引起了这两种溶液的物理性质的变化，因此难以实现透镜的高可靠性。

发明内容

本发明的发明人认真进行了大量的研究工作，以开发电解质溶液和绝缘溶液，并最终实现了本发明，这种电解质溶液和绝缘溶液即使在可靠性测试后也能够满足用于液体透镜的液体的要求，并且能够防止这两种溶液之间的混合。

在清楚地阐释可靠性测试后本质上出现两种溶液的混合的原理的同时，本发明的一个目标是提供一种利用性质不同的两种溶液的用于液体透镜的液体，这种液体确保了较好的高温和低温可靠性，并能商业化。

本发明的另一目标是提供一种包括用于液体透镜的液体的液体透镜模块。

根据本发明的一方面，提供了一种用于液体透镜的液体，所述液体包括通过界面彼此隔开的电解质溶液和绝缘溶液，其中，电解质溶液包含H₂O、1，2-丙二醇和LiCl，绝缘溶液包含硅油并可选地包含作为有机添加剂的1，6-二溴己烷或溴苯，其中，所述电解质溶液包含按重量计30-70％的H₂O、按重量计20-50％的1，2-丙二醇和按重量计5-30％的LiCl，所述绝缘溶液包含100％的硅油。

根据本发明的另一方面，提供了一种液体透镜模块，所述液体透镜模块包括：透明盖；壳体，用于容纳电解质溶液和绝缘溶液；一对电极，用于对所述电解质溶液供电；绝缘膜，用于覆盖电极中与所述电解质溶液接触的那个电极，其中，所述电解质溶液包含H₂O、1，2-丙二醇和LiCl，所述绝缘溶液包含硅油，所述电解质溶液包含按重量计30-70％的H₂O、按重量计20-50％的1，2-丙二醇和按重量计5-30％的LiCl，所述绝缘溶液包含100％的硅油。

附图说明

从结合附图进行的下面的详细描述中，本发明的以上和其它目的、特征及其它优点将变得更容易理解，在附图中：

图1是示意性地示出使用根据本发明的液体透镜的液体的液体透镜模块的结构的剖视图。

具体实施方式

现在，将更详细地描述本发明。

到现在为止，尚未提出确保较好的高温可靠性(+85℃，≥96小时)的用于液体透镜的液体。这是没有商业上可利用的液体透镜的原因。本发明提出了一种解决用于液体透镜的液体的内在问题的方案，所述问题为：在可靠性测试之后，在电解质溶液和绝缘溶液之间发生混合；根据电解质溶液，由于混合而引起溶液的物理性质改变。

本发明提供了一种包含电解质溶液和绝缘溶液的用于液体透镜的液体。这两种溶液通过界面彼此分开并且彼此不相混合。

电解质溶液含有H₂O、1，2-丙二醇和LiCl，绝缘溶液是硅(Si)油，并且可选地含有作为有机添加剂的1，6-二溴己烷或者溴苯。

电解质溶液含有作为第一导电液体的水。电解质溶液还可含有用于降低水的表面能并提高流变性质的盐。能在本发明中使用的合适的盐的例子包括LiCl、NH₄Cl、NaCl、KCl、NaNO₃、KNO₃、CaCl₂、KBr、MgSO₄、CuSO₄和K₂SO₄。优选地使用LiCl。为了将电解质溶液的凝固点下降和沸点上升最大化，上述盐必须高度地溶解在水中并且要具有低的分子量。通常，难于将具有高分子量和低溶解度的盐的浓度调节到期望的等级。与其它盐相比，LiCl的优点在于容易在宽范围内控制浓度以及具有较好的低温度可靠性。因此，由于LiCl具有最低的分子量以及在水中相对高的溶解度，所以LiCl是最有效地用来获得上面有益效果的盐，由此使电解质溶液的凝固点下降和沸点上升最大化。

在电解质溶液中必须使用适量的盐。当盐使用量过大时，出现在界面处的明显的混合。最近的研究结果显示，当在含有3-甲基吡啶、水和NaBr的溶液中NaBr的量增加时，在界面处溶液之间的混合增加。

根据电解质溶液的总重量，LiCl可以以按重量计5-30％的量使用，更优选地按重量计10％的量使用。在上述重量范围内使用LiCl抑制了在界面处的两种溶液之间的混合。

电解质溶液还可含有1，2-丙二醇。1，2-丙二醇的添加使得电解质溶液的密度基本上等于绝缘溶液的密度，并且引起在两种溶液之间的折射率的差。1，2-丙二醇也作为表面活性剂，因此期望得到操作电压的下降。结果，1，2-丙二醇起到了控制电解质溶液的物理性质、活化界面并且抑制两种溶液之间混合的作用。

根据电解质溶液的总重量，优选地，1，2-丙二醇以按重量计20-50％的量使用，更加优选地，以按重量计30％的量使用。当1，2-丙二醇以按重量计超过50％的量使用时，不能满足电解质溶液和绝缘溶液的物理性质即密度和折射率的需要，结果，在高温和低温下的可靠性测试之后，这两种溶液混合。

硅油用作不与电解质溶液混合且与电解质溶液一起形成界面的绝缘溶液。只要是在本领域中通用的任何硅油都可以使用，而没有任何特别限制。

通常，绝缘溶液可含有有机添加剂。这两种溶液必须具有相同的密度，并必须具有大的折射率的差。另外，这两种溶液必须具有以简单方式生产和实现透镜所需的适当的粘度和表面张力。添加有机添加剂来满足用于液体透镜的液体的这些需要。可添加到绝缘溶液中的适宜的有机添加剂的例子包括1，6-二溴己烷、溴苯、1，2-二氯苯、1-溴-3-氯苯以及1，2，3，6-四溴己烷。在这些物质中，本发明人关注点在1，6-二溴己烷和溴苯上，并选择1，6-二溴己烷或溴苯作为有机添加剂。

优选地，添加1，6-二溴己烷和溴苯的量尽可能少。尽管最优选的是不使用任何有机添加剂，但是有机添加剂的使用是不可避免的以满足用于液体透镜的液体的需要。因此，优选地，以必需的最小的量使用有机添加剂，来满足用于液体透镜的液体的需要。

根据绝缘溶液的总重量，作为有机添加剂的1，6-二溴己烷或溴苯可以以按重量计10-25％的量使用，更优选地，按重量计17％的量使用。如果有机添加剂以按重量计小于10％的量使用，则不可能满足用于液体透镜的液体的需要。同时，如果有机添加剂以按重量计大于25％的量使用，则有机添加剂在可靠性测试前后容易与电解质溶液反应，从而引起用于液体透镜的最终液体的各种物理性质的改变。因此，有机添加剂的量优选地限于上面限定的范围。

具体地，用于液体透镜的液体包含：电解质溶液，含有按重量计30-70％的H₂O、按重量计20-50％的1，2-丙二醇和按重量计5-30％的LiCl；绝缘溶液，为100％的硅油。在绝缘溶液含有1，6-二溴己烷或溴苯作为有机添加剂的情况下，绝缘溶液含有按重量计75-90％的硅油以及按重量计10-25％的1，6-二溴己烷或溴苯。当电解质溶液和绝缘溶液的组成成分在上面限定的各自范围内时，电解质溶液和绝缘溶液的物理性质满足用于液体透镜的液体的需要。相反，当电解质溶液和绝缘溶液中的一种或多种组成成分不在上面限定的各自的范围内时，这两种溶液在高温可靠性测试之后不利地混合并且由于过度的反应性而形成不需要的副产物。

另外，简化电解质溶液和绝缘溶液的组成，以使液体透镜可以以简单的方式生产和实现并且适于商业化。通常大量添加其它的添加剂例如防冻液，以使这两种溶液能在-40℃至+85℃的温度范围内有效地起到作为液体透镜的元件的作用。

在电解质溶液和绝缘溶液具有上面限定的各自的组成的情况下，能生产电解质溶液和绝缘溶液具有相同密度和大的折射率差的用于液体透镜的液体。在透镜的操作过程中，重力可引起透镜的不对称的球形表面。具有相同密度的电解质溶液和绝缘溶液的使用能防止不对称的球形表面。另外，电解质溶液和绝缘溶液的折射率的差使得液体透镜具有可变的焦点。电解质溶液的折射率可大于绝缘溶液的折射率，或反之亦然。

根据本发明的用于液体透镜的液体具有较好的高温可靠性和低温可靠性。如这里使用的术语“低温可靠性”和“高温可靠性”意思是即使在根据本发明的用于液体透镜的液体分别暴露在低温(-40℃)48小时或更长时间以及暴露在高温(+85℃)96小时或更长时间之后，上述液体的性能与室温下的液体的性能基本相同。根据本发明的用于液体透镜的液体在低温可靠性测试之后具有95％或更高的透射率，在高温可靠性测试之后具有90％或更高的透射率。

使用根据本发明的用于液体透镜的液体能生产液体透镜模块。本发明的液体透镜模块包括：透明盖3；壳体4，用于容纳电解质溶液1和绝缘溶液2；一对电极5，用于对电解质溶液1供电；绝缘膜6，用于覆盖电极中与电解质溶液接触的那个电极。采用本领域公知的电润湿现象的液体透镜的结构可以应用到本发明的液体透镜模块上。

容纳在壳体4中的电解质溶液1含有H₂O、1，2-丙二醇和LiCl，容纳在壳体4中的绝缘溶液2为硅(Si)油。可选地，绝缘溶液2可含有1，6-二溴己烷或溴苯。

具体地，容纳在壳体4中的电解质溶液1含有按重量计30-70％的H₂O、按重量计20-50％的1，2-丙二醇和按重量计5-30％的LiCl；容纳在壳体4中的绝缘溶液2是100％的硅油。在绝缘溶液2含有1，6-二溴己烷或溴苯作为有机添加剂的情况下，绝缘溶液2含有按重量计75-90％的硅油以及按重量计10-25％的1，6-二溴己烷或溴苯。

与用于液体透镜的传统液体以及采用这种液体的模块相比，根据本发明的用于液体透镜的液体以及采用该液体的模块确实改进了高温可靠性和低温可靠性，从而防止了电解质溶液和绝缘溶液之间的混合。

示例

下面，将参照下面的示例来更详细地解释本发明。然而，给出这些示例是为了解释的目的，而不意图限制本发明。

普通的液体透镜含有比例为4∶1至6∶1的电解质溶液和绝缘溶液。为了确定用于液体透镜的液体是否可靠，在本示例中，电解质溶液和绝缘溶液以1∶1的比例使用来制备用于液体透镜的液体。对本领域技术人员将清楚的是，尽管通过将电解质溶液和绝缘溶液之间的比例变为生产普通液体透镜采用的实际比例来制备根据本发明的用于液体透镜的液体，但是将得到相同的结果。

示例1

通过将按重量计60％的H₂O、按重量计30％的1，2-丙二醇以及按重量计10％的LiCl混合来制备电解质溶液。通过将按重量计83％的硅油和按重量计17％的1，6-二溴己烷混合来制备绝缘溶液。通过将电解质溶液和绝缘溶液按1∶1的比例混合来生产用于液体透镜的液体。

分别利用比重计和ABBE折射计来测量电解质溶液和绝缘溶液的粘度和折射率。用比例为1∶1的电解质溶液和绝缘溶液填充玻璃瓶(20mL)。

通过将填充有电解质溶液和绝缘溶液的玻璃瓶保持在-40℃下48小时或更长时间来进行低温可靠性测试。在将填充有比例为1∶1的电解质溶液和绝缘溶液的另一个玻璃瓶保持在+85℃下96小时或更长时间以后，在可见光范围内，利用UV可见分光计测量用于液体透镜的液体的透射率。通过将电解质溶液和绝缘溶液的每个的光束路径固定在1mm来测量总透射率。结果如下所示。

-粘度

电解质溶液：1.08g/cm³

绝缘溶液：1.08g/cm³

-折射率

电解质溶液：1.390n_D ²⁰

绝缘溶液：1.500n_D ²⁰

-透射率

在低温可靠性测试之后＝99％

在高温可靠性测试之后＝96％

这些结果表示电解质溶液和绝缘溶液具有基本相同的粘度和大的折射率的差。在低温可靠性测试之后得到的透射率与在室温下的透射率相同，通过高温可靠性测试得到的透射率基本上与在室温下的透射率相等。结果，根据本发明的用于液体透镜的液体满足作为液体透镜的元件的需要并且确保较好的高温可靠性和低温可靠性。因此，根据本发明的用于液体透镜的液体适于液体透镜的商业化。

对比例1

通过将按重量计79.8％的H₂O、按重量计10％的乙醇、按重量计10％的丙三醇以及按重量计0.2％的Na₂SO₄混合来制备电解质溶液。通过将按重量计90％的硅油和按重量计10％的1-溴-3-氯苯混合来制备绝缘溶液。

以与示例1相同的方式制备用于液体透镜的液体。在进行低温可靠性测试和高温可靠性测试之后，测量用于液体透镜的液体的透射率。结果如下所示。

-透射率

在低温可靠性测试之后＝在-40℃下凝固

在高温可靠性测试之后＝73％

这些结果示出所述液体在用于低温可靠性测试的温度范围内凝固，在高温可靠性测试之后透射率明显降低。

如前述清楚的是，在根据本发明的用于液体透镜的液体中使用的电解质溶液和绝缘溶液满足液体透镜的需要。另外，由于根据本发明的用于液体透镜的液体确保较好的低温可靠性和高温可靠性，所以所述液体能抑制可靠性测试后两种溶液之间的混合。因此，根据本发明的用于液体透镜的液体适于用作液体透镜的元件并且因此可商业化。

尽管已经为了示出的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将清楚的是，在不脱离由在权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可作各种修改、添加和替换。

Claims

1、一种包括电解质溶液和绝缘溶液的用于液体透镜的液体，其中，所述电解质溶液包含H₂O、1，2-丙二醇和LiCl，所述绝缘溶液包含硅油，所述电解质溶液包含按重量计30-70％的H₂O、按重量计20-50％的1，2-丙二醇和按重量计5-30％的LiCl，所述绝缘溶液包含100％的硅油。

2、根据权利要求1所述的液体，其中，所述绝缘溶液还包含1，6-二溴己烷或溴苯，根据所述绝缘溶液的总重量，所述绝缘溶液包含按重量计75-90％的硅油和按重量计10-25％的1，6-二溴己烷或溴苯。

3、根据权利要求1所述的液体，其中，根据所述电解质溶液的总重量，所述电解质溶液包含按重量计60％的H₂O、按重量计30％的1，2-丙二醇和按重量计10％的LiCl。

4、根据权利要求2所述的液体，其中，根据所述电解质溶液的总重量，所述电解质溶液包含按重量计60％的H₂O、按重量计30％的1，2-丙二醇和按重量计10％的LiCl；根据所述绝缘溶液的总重量，所述绝缘溶液包含按重量计83％的硅油和按重量计17％的1，6-二溴己烷或溴苯。

5、根据权利要求1至4中任一项所述的液体，其中，所述电解质溶液和所述绝缘溶液之间的密度差为0.01g/cm³或更小；所述电解质溶液和所述绝缘溶液之间的折射率差在0.05-0.15n_D ²⁰的范围内。

6、一种液体透镜模块，包括：

透明盖；

壳体，用于容纳电解质溶液和绝缘溶液；

一对电极，用于对电解质溶液供电；

绝缘膜，用于覆盖电极中与所述电解质溶液接触的那个电极，

其中，所述电解质溶液包含H₂O、1，2-丙二醇和LiCl，所述绝缘溶液包含硅油，所述电解质溶液包含按重量计30-70％的H₂O、按重量计20-50％的1，2-丙二醇和按重量计5-30％的LiCl，所述绝缘溶液包含100％的硅油。

7、根据权利要求6所述的液体透镜模块，其中，所述绝缘溶液还包含1，6-二溴己烷或溴苯，根据所述绝缘溶液的总重量，所述绝缘溶液包含按重量计75-90％的硅油和按重量计10-25％的1，6-二溴己烷或溴苯。

8、根据权利要求6和7中任一项所述的液体透镜模块，其中，所述电解质溶液和所述绝缘溶液之间的密度差为0.01g/cm³或更小；所述电解质溶液和所述绝缘溶液之间的折射率差在0.05-0.15n_D ²⁰的范围内。