JP2006527388A - エレクトロウエッティングセル - Google Patents

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Abstract

本体部と端部との間に拡張可能なジョイントを含むエレクトロウエッティングセル。この拡張可能なジョイントは、薄膜すなわちフランジ状の部分を含んでも良い。

Description

本発明はエレクトロウエッティングセルおよびその製造方法に関する。
エレクトロウエッティングレンズ（electro-wetting lens）は、あるセル内に保持されている２つの混和しない液体（immiscible liquids）間の光学特性の差に基づく可変レンズである。これら液体は、一方は導電性であり、他方は導電性でないが、これらに電位差が加えられると、これら液体間のメニスカス（meniscus）の形状が変化し、このため、このレンズの光学特性が変わる。これらレンズは、非常にコンパクトであり、モバイル用途、例えば、セル方式の携帯電話機、携帯情報端末（personal digital assistants）及び他のモバイルデバイスに適する。このため、これらデバイスは、環境要因、例えば温度の広い変動に耐え得ると共に、ある程度の振動に対する衝撃抵抗から利益が得られなければならない。温度の上昇は、このセル内のこれら液体の膨張に起因するセル内の圧力の増加を招き、このため、セルの早期破壊を招きかねない。
エレクトロウエッティングセルは、本出願人によって同時に出願された係属中の国際公開第０３／０６９，３８０号パンフレットにおいてより完全に説明されており、この説明の一部が以下の説明内に組み込まれている。
エレクトロウエッティングに基づくレンズにおいては、このレンズの屈折力（optical power）は導電性流体と非導電性流体との間のメニスカスの曲率（curvature）と、これら導電性液体と非導電性液体との間の屈折率の差に、式（１）に見られるように依存する。
Figure 2006527388
 ここで、Ｓはレンズの屈折力であり、ｒはメニスカスの曲率半径であり、ｎ１は非導電性液体の屈折率であり、ｎ２は導電性液体の屈折率である。
式（１）から、非導電性液体の屈折率を増加することで、エレクトロウエッティングレンズの屈折力を増加できることがわかる。これが、図４乃至図６に示されているが、ここで、図４は、非活性状態でのエレクトロウエッティングレンズ３０１上の入射光を示し、このとき、非導電性液体３０２と導電性液体３０３との間のメニスカスが下向きに湾曲する。このセルは、通常のように、導電層３０４と、絶縁層３０５と、導電性の円筒３０６と、を有する。
図５は、レンズの間に電源３０７からの電圧が存在することに起因して、メニスカスの上方向の湾曲を示す。光は、このレンズ３０１の下方に収束する。
図６は、図５と同一のシナリオを示すが、非導電性液体３０２の屈折率がより大きな点が異なり、これによって光線のより強い屈折を引き起こし、図５におけるよりもレンズ３０１により近い収束を引き起こす。
これらが広い範囲（摂氏−４０°から８５°）の温度に耐えることができ、結果として、これらが十分に長い動作寿命を有することができるように、エレクトロウエッティングレンズをいかに組み立てるかの適切な方法を発見しなければならない。これらレンズは、現在は、コーティングされたガラス管から作られており、コーティングされたガラス張りの窓で覆われている。全ての部分は互いに接着されている。
これらレンズをこの方法で製造することによって、これら液体は、膨張したり、収縮したりする可能性がない。このことは、これらのレンズを高温において壊れさせ、かつ低温におけるこのレンズ内の蒸気が問題となる。
本発明の１つの目的は、上述の欠点を緩和することにある。
本発明の更なる目的は、延長された寿命を有するエレクトロウエッティングセルを提供することにある。本発明の更なる目的は、より広い範囲の温度で動作可能なエレクトロウエッティングセルを提供することにある。
本発明の第一の態様によると、エレクトロウエッティングセルは、エレクトロウエッティング流体を収容する空洞を規定する本体部と、この本体部の１つの端に固定された少なくとも１つの端部とを含み、ここで、この少なくとも１つの端部は、本体部に、拡張可能なジョイントを用いて固定される。
この拡張可能なジョイントは、利点として、これらエレクトロウエッティング液体の熱膨張を許す。
好ましくは、このエレクトロウエッティングセルは、本体部の各々の端に固定された第一および第二の端部を含む。これら端部は、好ましくは、エレクトロウエッティングセルの光学軸上に配置される。
この拡張可能なジョイントは、好ましくは、少なくとも１つのフレキシブルな要素を組み込む。
この拡張可能なジョイントは、好ましくは、少なくとも１つのフランジ、好ましくは第一のフランジと第二のフランジとを組み込み、これらの一方又は両方は、周辺フランジ（peripheral flanges）であっても良い。
これら第一および第二のフランジは、好ましくは、実質的にこれらの周辺エッジ（peripheral edges）で接合される。これら第一及び/又は第二のフランジは、好ましくは、フレキシブルである。
好ましくは、これら第一および第二のフランジは、金属から作られる。好ましくは、これら第一および第二のフランジは、それぞれ、本体部と端部の隣接部分に、半田付けされる。
好ましくは、これら第一および第二の端部は、本体部に、それぞれの第一および第二の拡張可能なジョイントで結合される。
このエレクトロウエッティングセルにおける流体の膨張を許すための手段の存在は、それ自体特開第２００２／１６２５０６号公報から知られている。この文献は、流体チャンバと、この流体チャンバから膜状の柔軟な部材にて仕切られた特定の空間と、を有するエレクトロウエッティングセルを開示する。この空間は、この本体部の壁部分の厚さの内側に形成される。もしこの流体の圧力が大きくなると、このフレキシブルな部材が変形し、この流体チャンバのサイズが拡張される。観察されるところによると、この柔軟な部材は、１つの端部と、本体部との間のジョイントとしては機能しない。
この従来技術文献の構造は、幾つかの短所を有する。第一に、許容されている膨張は、少し小さ過ぎる。移動する要素は、フレキシブルな部材のみであり、端部全体としては、全く移動しない。このため、この流体チャンバに追加される容積は、唯一、このフレキシブルな部材自体の変形に由来するものである。
第二に、この空間は、空気を含むこととなり、このため、逆圧が制約される。このため、このフレキシブルな部材が、低圧において、とりわけ、時間と共に、非弾性的に、変形する危険が存在する。これが起こると、大きな温度変動のために補償が必要となったとき、これはもはや十分には機能しなくなる。本発明の構造においては、しかし、この拡張可能なジョイント、とりわけこの薄膜には、予め圧力が掛けられており（pre-stressed）、これによって、変形に対するある閾値が提供されている。
本発明の第二の態様によると、エレクトロウエッティングセルを組み立てる方法は、このセルの少なくとも１つの端部を、このセルの、空洞を規定する本体部に、拡張可能なジョイントを用いて固定するステップと、この空洞をエレクトロウエッティング流体にて満たすステップと、を含む。
好ましくは、第一の端部が本体部に固定され、次に、これらエレクトロウエッティング流体がこの空洞内に満たされ、次に、第二の端部がこの満たされた本体部に固定される。
この第一の端部は、好ましくは、この空洞を充填する間は、この拡張可能なジョイントを拡張するために、張力下に置かれる。
本発明は、更に、エレクトロウエッティングセルを製造する方法に係る。製造の複雑さを低減するためには、これを製造するための、個々の組み立て工程の数が低減されるような、方法を提供することが有利であろう。拡張可能なジョイントを含めることは、しかし特開第２００２／１６２５０６号公報において開示されているセルと比較して考慮した場合、複雑さを増すように見える。
従って本発明の１つの目的は、エレクトロウエッティング流体を含める空洞を規定する本体部と、この本体部の１つの端に、拡張可能なジョイントを用いて固定された少なくとも１つの端部と、を含むエレクトロウエッティングセルの製造方法を提供することである。
この目的は、ここでは、端部がコンタクトに拡張可能なジョイントを用いて固定されるサブアセンブリを提供するステップと、このコンタクトを本体部に接続するステップと、を上記方法が含むことで達成される。この拡張可能なジョイントは、ここでは、こうして、２つの別個のパーツを結合するが、しかし、ある特定の結合ステップにおいてこれが遂行されるわけではない。そうではなく、この結合は、これら拡張可能なジョイントと本体部とに隣接する、このコンタクトとの間で起こる。ここで、この“コンタクト”なる用語は、機械的な接触を意味し、必ずしも電気的な接触は意味しない、ものと理解されるべきである。
この拡張可能なジョイントは、ここでは、好ましくは環状とされる。ここでは、一体化された連続的なジョイントが端部と本体部との間で達成される。この環は、円形である必要はなく、楕円又は他の形状を有することもできる。この拡張可能なジョイントは、できるなら、金属から構成される。これは、金属は小さな分子でも、例えば、多くのポリマーのように拡散に対して無防備でないため、密封性を向上させる。更に、金属は、これらいずれのエレクトロウエッティング流体にも解ける傾向はない。化学反応が起こることは知られていないが、しかし、必要であれば、更なる保護コーティングにて予防しても良い。この拡張可能なジョイントは、好ましくは、構造化された非平坦な表面を有する。この例としては、湾曲した、波形の、ジグザグ様の、断面を有する表面や、突起が設けられた表面が含まれる。
このサブアセンブリに対する幾つかの態様が考え得る。１つの基本的な区別を２つの主要な態様の間で行うことができる。これらの内の第一の態様においては、コンタクトと、端部は、独立なパーツとされる。理解できるように、このコンタクトの方は、ここでは、主として、本体部にうまく接続可能な表面とされる。端部の方は、追加の機能をこのエレクトロウエッティングセルに提供するために、レンズの形状を有することもできる。後者の非常に適する一つの実施例においては、この拡張可能なジョイントを構成する層は、さらにこのレンズの表面まで延びても良い。これにより、両方のパーツの一体化された結合（integrated attachment）が達成される。
これらの内の第二の態様においては、コンタクトと、端部とは、１つの基板の部分として形成される。加工の観点からは、この態様は、このサブアセンブリ内の異なる要素の数が低減されるために、好ましく思える。更に、この基板は、ウェーハレベル上を延び、後に、個々のサブアセンブリに分離しても良く、更には、本体部と組み立てることで、エレクトロウエッティングセルが形成された後に、分離しても良い。適当な基板材料は、ガラスであるが、しかし、代替の材料、例えば、半導体基板も明らかに排除されるものではない。この基板に追加の機能を提供しても良い。
この第二の実施例のサブサブアセンブリは、好ましくは、（a）第一の層を担体層上に提供するステップと、（b）この第一の層の少なくとも一部を変形することで、結果として変形された非平坦な表面を有する第一の層を得るステップと、（c）この非平坦な表面の所に薄膜層を提供するステップと、（d）この第一の層の前記部分を、少なくとも部分的に、この担体層を部分的に除去することで露出し、これによって、この担体層内に、端セクションと、コンタクトと、を形成するステップと、（e）この第一の層の前記部分を除去し、これによってこの拡張可能なジョイントを得るステップと、を含むプロセスで作られる。本発明の本質は、これら担体層と第一の層が、この薄膜層を担うため、及び所望の形状を適切に形成するために用いられることにある。この第一の層の少なくともこの部分が犠制的な特徴（sacrificial character）を有するために、この所望の形状を形成するためのより大きな自由度が存在する。更に、この第一の層は、適切に扱うことができるが、これは、薄膜層の場合は、通常は、このようなわけにはいかない。
この第一の層の選択は、決定的なものであるとは思えない。この第一の層は、例えば、金属又はフォトレジストとされる。ステップ（b）における変形は、好ましくは、鍛造ツールにて遂行されるが、しかし、成形方法、又はフォトリソグラフィック技法を用いることもできる。成形方法の場合は、これらステップ（a）と（ｂ）は、同時に遂行され、変形された表面を有する第一の層が提供される。
第一の実施例においては、この薄膜層は、金属とされる。これは、金属薄膜は、非常に単純な技法にて製造できるという利点を有する。更に、金属を用いた場合、任意の流体又は他の材料の拡散を防止する、気密的に密封されたパッケージを形成することが許される。
第二の実施例においては、この薄膜層は、成形プロセスで提供される架橋結合されたポリマー層（cross-linked polymer layer）である。とりわけ、これは、光学的に透明な層であり、この中に、レンズも規定される。このレンズと薄膜とのこの一体化は、このエレクトロウエッティングセルの分野外においてさえも、高度に興味深い機会を提供する。
本発明は上で説明されたようなエレクトロウエッティングセルを組み込む画像センサにも拡張する。本発明は、電話機、例えば、モバイル電話機内に組み込まれる画像捕捉デバイス又は画像センサにも拡張する。
ここに説明された全ての特徴は、上の態様のいずれとも、任意の組合せにて、組合せることができるものである。
本発明をより良く理解するため、及びこの態様がどのように実施されるかを示すために、以下では、単に一例として、添付の略図を参照しながら説明される。
図１乃至図３とこれらの以下の説明は、エレクトロウエッティングレンズと関連する背景材料及び支援を提供するために、国際公開第03/069,380号パンフレットから取られたものである。これら図面は、毛細管（capillary tube）を形成する円筒状の第一の電極２を含む可変焦点レンズを示すが、この管は透明なフロント要素４と透明なバック要素６とを用いて密封され、２つの流体を収容する流体チャンバ５を形成する。この電極２は、ある管の内壁上に塗布された導電性コーティングであっても良い。
この例においては、これら２つの流体は、２つの非混和性の流体から成る。電気絶縁性の第一の流体Ａは、例えば、シリコンオイル又はアルカン(alkane）であり、ここではさらに“オイル（the oil）”とも呼ばれ、電気導電性の第二の流体Ｂは、例えば、塩化ナトリウム（salt solution）を含む水である。これら２つの流体は、好ましくは、このレンズが方向（orientation）に独立して、つまり、これら２つの流体間の引力の効果（gravitational effects）に依存することなく、機能するように等しい密度（density）を有するように調整される。これは、この第一の流体の成分を適当に選択することで達成しても良く、例えば、アルカン又はシリコンオイルを、分子成分（molecular constituents）を追加することで修正し、それらの密度を塩化ナトリウム溶液のそれと一致するように増加させても良い。
使用されるこのオイルの選択に依存して、このオイルの屈折率は、１．２５から１．６０の間で変えることができる。同様に、加えられる塩化ナトリウムの量に依存して、この塩化ナトリウム溶液の屈折率は、１．３２から１．５０の間で変えることができる。この実施例におけるこれらの流体は、第一の流体Ａが第二の流体Ｂよりも高い屈折率を有するように選択される。
この第一の電極２は、典型的には１ｍｍから２０ｍｍの間の内径の円筒である。この電極２は、金属材料から形成され、例えばパイレン(parylene)から形成される絶縁層８によってコーティングされる。この絶縁層は、５０ｎｍから１００μｍの間、典型的には１μｍから１０μｍの間の厚さを有する。この絶縁層は、流体コンタクト層（fluid contact layer）１０にてコーティングされるが、この層は、メニスカス（meniscus）の、この流体チャンバの円筒壁との接触角度（contact angle）におけるヒステリシスを低減させる。この流体コンタクト層は、好ましくは、アモルファスフルオロカーボン（amorphous fluorocarbon）、例えば、DuPontTMによって製造されるTeflonTM ＡＦ１６００から形成される。この流体コンタクト層１０は、典型的には、５ｎｍから５０μｍの間の厚さを有する。このＡＦ１６００コーティングは、電極２の連続ディップコーティング（dip coating）で生成しても良いが、これによって、この電極の円筒の側面はこの円筒の電極に対して実質的に平行であるために、実質的に一様な厚さの材料の均一な層が形成される。このディップコーティングは、この電極を、ディッピング溶液にこの軸方向に沿って入れたり出したり移動させながら、ディッピングすることで遂行される。このパリレンコーティングは、化学蒸着を用いて塗布しても良い。この流体コンタクト層の、この第二の流体との湿潤性（wettability）は、これら第一の電極と第二の電極との間に電圧が加えられていないときは、このメニスカス１４と、この流体コンタクト層１０との交点の両側において、実質的に等しい。
第二の環状の電極１２が、この流体チャンバの一端の所に、この場合は、バック要素に隣接して設けられる。この第二の電極１２は、少なくとも一部が流体チャンバ内に位置し、この電極が第二の流体Ｂに対して作用するようにされる。
これら２つの流体ＡとＢは非混和性であり、メニスカス１４によって分離された２つの流体に分離する傾向がある。これら第一および第二の電極の間に電圧が加えられていないときは、この流体コンタクト層は、第一の流体Ａに対して、第二の流体Ｂよりも、より高い湿潤性を有する。エレクトロウエッティングのために、この第二の流体Ｂの湿潤性は、これら第一の電極と第二の電極の間に加えられる電圧の下で変化し、この結果として、このメニスカスの、この三相ライン（流体コンタクト層１０と、２つの流体ＡとＢとの間の接触のライン）の所での接触角度を変化させる傾向がある。このメニスカスの形状は、こうして、加えられる電圧に依存して可変である。
次に、図１との関連で、例えば、０Ｖから２０Ｖの間の、低い電圧Ｖ１が、これら電圧の間に加えられたときは、このメニスカスは、第一の凹面メニスカス形状(concave meniscus shape)を取る。この構成においては、このメニスカスと流体コンタクト層１０との間の、流体Ｂ内で測定されたときの、初期接触角度θ１は、例えば、約１４０°となる。第一の流体Ａの方が第二の流体Ｂより屈折率が高いために、このメニスカスによって形成される、ここではメニスカスレンズ（meniscus lens）と呼ばれる、レンズは、この構成では、比較的高い負の屈折力（negative power）を有する。
このメニスカス形状の凹面度（concavity）を低減するためには、より高い規模の電圧がこれら第一および第二の電極の間に加えられる。次に、図２に示されるように、例えば、この絶縁層の厚さに依存して、２０Ｖから１５０Ｖの間の、中間の電圧Ｖ２が、これら電極の間に加えられると、このメニスカスは、図１のメニスカスと比較して増加した曲率の半径（radius of curvature）を有する第二の凹面メニスカス形状となる。この構成においては、第一の流体Ａと流体コンタクト層１０との間の中間の接触角度θ２は、例えば、約１００°である。第一の流体Ａの方が第二の流体Ｂより屈折率が高いために、このメニスカスレンズは、この構成では、比較的低い負の屈折力を有する。
凸面メニスカス形状を生成するためには、さらに高い規模の電圧がこれら第一と第二の電極の間に加えられる。次に、図３との関連で、例えば、１５０Ｖから２００Ｖの間の、比較的高い電圧Ｖ３がこれら電極の間に加えられると、このメニスカスは、そこにおいてはこのメニスカスは凸面となるような、メニスカス形状となる。この構成においては、この第一の流体Ａと流体コンタクト層１０との間の最大の接触角度θ３ は、例えば、約６０°となる。第一の流体Ａが第二の流体Ｂよりも屈折率が高いために、このメニスカスレンズは、この構成では、正の屈折力を有することとなる。
図３の構成は、比較的高い屈折力を用いて達成することも可能ではあるが、実際の実施例においては、説明されたようなレンズを含むデバイスは、好ましくは、説明されたこれら範囲内の、低い屈折力と中間の屈折力のみを用いるように適応化されることに注意する。つまり、加えられる電圧は、この絶縁層内の電場強さが２０／μｍより小さくなるように制限され、この流体コンタクト層の充電を引き起こし、結果として、この流体コンタクト層の劣化を引き起こす過剰な電圧は用いられない。
更に、この初期の低電圧の構成は、これら流体ＡとＢの選択に依存して、すなわち、これらの表面張力に依存しても変わることに注意する。より高い表面張力を有するオイルを選択することで、及び/又は塩化ナトリウム溶液に、その表面張力を低下させる成分、例えば、エチレングリコール（ethylene glycol）を追加することで、この初期の接触角度を低減することができる。この場合は、このレンズは、図２に示されるそれに対応する低い屈折力構成と、図３に示されるそれに対応する中間屈折力構成を取っても良い。いずれにしても、この低い屈折力の構成では、このメニスカスは、凹面のままにとどまり、過剰な電圧を用いることなく、比較的広い範囲のレンズ倍率を生成することができる。
上の例では、流体Ａが流体Ｂより高い屈折率を有するが、流体Ａが流体Ｂより低い屈折率を有するようにしても良い。例えば、流体Ａは、水より低い屈折率を有するフッ化オイル(（per）fluorinated oil））としても良い。この場合は、好ましくは、アモルファスフルオロポリマー層は、これは、このフッ化オイルに溶ける可能性があるために、用いられない。一つの代替の流体コンタクト層としては、例えば、パラフィンコーティング（paraffin coating）が考えられる。
導入部において記述されたこれら問題に対する１つの解決手段は、金属をガラス又は他の材料に半田付けすることができる可能性に基づく。半田付けされた接続は、使用されたこれら液体に対して浸透性はなく、このため、エレクトロウエッティングデバイスに対して、長い寿命を提供することができる。
この提案の下では、図１６に完全に示されており、図７乃至図１５に製造の様々な段階にて示されている、エレクトロウエッティングセル１５は、ＩＴＯ (Indium Tin Oxide）でコーティングされ、ガラスの端部エンドウィンドウ（end windows）１９ａ／ｂ（図１１及び１２参照）を有する、非導電性の管（non-conducting tube）１７から成る。以下では、この実施例が、このエレクトロウエッティングセルの様々な製造ステップとの関連で説明されることとなる。
ある非導電性の管１７がＩＴＯ２０で部分的にコーティングされる。図７参照。
この管１７の内壁１６は、この管の底部からこの頂部の少し手前までコーティングされる。外側壁１８は、この底部からこの内壁上のコーティングより低いある点までコーティングされる。この管の底部端２２もＩＴＯでコーティングされる。
図８において、半田付け可能なコーティング２４が、この管に、外側の頂部及び底部の端の所に塗布される。この管のこの形状が与えられた場合、このコーティングは、頂部と底部の所で、環状となる。この半田付け可能なコーティングは、ニッケル・パラジウム・金コート（nickel palladium gold coat）であっても良い。
図９において、環状の金属フランジ、すなわち薄膜２６ａ、ｂが、この管のこの半田付け可能なコーティング２４に、この管の、頂部及び底部の端の所で、半田付けされる。これら薄膜２６ａ／ｂは、この管１７から離れるように延び、概ね水平方向に延びるフランジを形成する。
図１０において、パリレン絶縁体コーティング（parylene insulator coating）２８と、疎水性コーティング（例えば、フッ化化合物）がこの管１７の全ての外側面に塗布される。
図１１において、半田付け可能なコーティング３０が、環状に、これら端ウインドウ１９ａ／ｂの内面の外側エッジに塗布される。図１１には、この上側ウインドウ１９ａのみが示されている。
図１２において、環状の金属フランジすなわち薄膜３２ａ／ｂが、その後、この半田付け可能なコーティング３０に、それぞれ、上側及び下側端ウインドウ１９ａ／ｂの所で、半田付けされる。この下側ウインドウ１９ｂが疎水性コーティング３４でコーティングされる。
図１３において、この疎水性コーティングされた下側ウインドウ１９ｂの金属薄膜３２ｂの外側エッジ３６が、この管１７の金属薄膜２６ｂの対応する外側エッジと、例えば、溶接、半田付け又は超音波溶接によって接合される。これら接合されたエッジは、絶縁コーティング２８は除去されており、このため、電気導電接続がこの薄膜２６ｂと薄膜３２ｂとの間に作られる。
ここで、図１４において、このセル１５は、エレクトロウエッティング流体にて満たすことが可能となる。最初に、非導電性の液体３８（例えば、オイル）が、次に、導電性の液体４０、例えば、水、にて満たされる。満たしている際に、この下側ウインドウ１９ｂは、張力の下に置かれる。すなわち、下方に引っ張られる。この下側ウインドウ１９ｂとこの管１７との間の接合は、これら薄膜２６ａと３２ｂとの外側エッジの所のみで行なわれる。このため、これら薄膜２６ｂと３２ｂは、ヒンジを形成し、このため、この下側ウインドウ１９ｂが、この管１７から離れる方向に動き、この管１７の内側の容積が増加することが許される。
図１５において、上側ウインドウ１９ａが、このアセンブリ上に、全ての蒸気がこのレンズから逃げ出すように、すなわち水４０が表面張力のためにこの管１７のトップからふくれ上がり、このため、この上側ウインドウ１９ａが所定の位置に置かれる前に空気ギャップはなくなるように置かれる。次に、２つの金属薄膜３２ａと２６ａとが、ジョイント３７の所で、下側ウインドウ１９ｂが管１７に結合されたそれと同一の方法で接合される。
次に、下側ウインドウ１９ｂに印加されていた力が開放され、この結果として、これら流体が圧縮される。
図１６において、これら金属薄膜３２ａと３２ｂはこのセルに対する電気コンタクトとして用いられるが、このセルは、それぞれ、これら薄膜３２ａと３２ｂとコンタクトする電源３８を有する。
このエレクトロウエッティングセルアセンブリは、以下のような全ての要求される特徴を有する。
全ての接合は、接着剤なしに達成され、このため、液体がこのアセンブリから逃げ出すことはなく、結果として寿命が延びる。
この下側ウインドウ１９ｂが、充填の際に、張力下に置かれるために、小さな張力下の、余剰の液体３８／４０が存在する。低温においては、これら液体３８／４０は収縮するが、このふくれた下側ウインドウ１９ｂによって広げられたこの空洞によって保持されているこれら余剰の液体３８／４０がこの管１７内に流れ込むことができ、このため、蒸気の形成が回避される。
高温においては、これら金属薄膜２６ａ／３２ａ及び２６ｂ／３２ｂの所のジョイント３６、３７は、これら液体３８／４０の膨張を吸収するために十分な柔軟性を有する。
これら金属薄膜３２ａ／ｂは、更に、このエレクトロウエッティングセルに対する電気コンタクトポイントとしても機能する。
このレンズは、通常の方法で用いられる。すなわち、これらウインドウ１９ａ／ｂの一方に入った光線は、これら液体３８／４０を通過することで屈折され、焦点が結ばれるように他方のウインドウ１９ａ／ｂから出る。
図１７と図１８は、本発明の第二の実施例によるエレクトロウエッティングセル１５を示す。図１７においては、明快さのために、このセルの、ここではレンズ１５の、四分の一は、切り取られている。明快さのために、図１乃至図３と類似の番号が、類似の又は等しいパーツに対して用いられている。このレンズは、流体チャンバ５を含むが、これは、第一の流体５１と第二の流体５２とを含み、これら流体は、非混和性であり、メニスカス１４を通じて互いに接触する。この第一の流体５１は、この例においては、シリコンオイル、アルカン、又は別の適当な電気絶縁性の流体とされる。この第二の流体５２は、この例においては、塩化ナトリウム溶液を含む水、又は別の適当な電気導電性の流体とされる。このチャンバの両側には、電気絶縁層８と、流体コンタクト層１０、例えば、パリレンが設けられる。
電気絶縁性の部材、すなわち非導電性の導管１７は、第一の端面１１１と、反対側の第二の端面１１２と、これら第一の端面１１２と第二の端面１１２との間を延びる周辺面１１３と、を有する。この電気絶縁性の部材１７には、これら第一の端面１１１と第二の端面１１２との間を延びる貫通孔１１４が設けられる。示されるこの例においては、この貫通孔１１４は、円形の断面を有する円筒として成形される。更に、この示されるこの例においては、この周辺面１１３は、４つの長方形の平坦な表面１１５と、２つの凹状の面１１６とを含み、ここで、各凹状の面１１６は、２つの平坦な表面１１５の間を延びる。図１７においては、一つの凹状の面１１６のみが、他方の凹状の面１１６は切り取られた四分の一の部分の一部であるとして示されている。
このレンズ１は、第一の電極２と、第二の電極１２とを含むが、これらは両方とも、この電気絶縁性の部材１７の表面に、電気導電性の材料、例えば、金メッキされた銅から構成される層として塗布される。
この第一の電極２は、この第一の表面１１１の一部と、この電気絶縁性の部材１７の、貫通孔１１４を定義する内側表面１１７と、この第二の端面１１２の部分と、１つの凹状の面１１６と、を被覆する。この第一の電極２の、この第一の端面１１１の上に設けられる部分は、この貫通孔１１４の第一の端を包囲する環として成形される。この第二の電極１２は、この第一の端面１１１の一部と、これら凹状の面１１６の１つ、すなわち、第一の電極２によって被覆されない方の凹状の面１１６と、を被覆する。これは、相互接続３８に接続される。理解できるように、これら第一の電極２と第二の電極１２とは、この電気絶縁性の部材１７上では、互いにコンタクトしない。このため、この第一の端面１１１上では、この第二の電極１２は、この第一の電極２をある距離をおいて包囲し、このため、この第一の端面１１１の、環として成形される部分３９は、被覆されないままに残される。
この貫通孔１１４の第二の端は、光学的に透明な第二のカバープレート６によって被覆される。示されるこの例では、この第二のカバープレート６は、長方形の形状を有し、ここで、この第二のカバープレート６の寸法は、これが第二の端面１１２を完全に被覆できるようなものとされる。この第二のカバープレート６は、例えば、ガラスから構成してもよい。
第一の端面１１１の側においては、このレンズ１５は、光学的に透明な第一のカバープレート４と、スペーサ４５とを含み、ここで、このスペーサ４５の頂部部分は、この第一のカバープレート４に取り付けられ、ここで、このスペーサ４５の底部部分は、第二の電極１２に取り付けられる。本発明によると、この第一のカバープレート４は、端セクションとして機能し、このスペーサ４５は、拡張可能なジョイントとして機能し、とりわけ薄膜から構成される。
示されるこの実施例では、このスペーサ４５は、このスペーサのフレキシブルに寄与する三次元構造すなわち階段構造（stepped structure）を有するフレキシブルなホイルから構成される。この階段構造の結果として、これは、容積が拡張するように、変形することができる。このようなフレキシブルなホイルは、好ましくは、このホイルは担体層（carrier layer）上に薄い層として設けられるような方法で形成される。この担体層は、予め、三次元の、すなわち階段構造又は波状の表面（undulating surface）を含むように変形されている。このホイルが、このカバープレート４又は部材１７に接続された後に、この担体層の、少なくとも一部が除去され、この結果として、薄膜機能を有するこのホイルが残される。この担体層の変形は、好ましくは、鍛造ツール（forging tool）を用いて遂行されるが、この間は、この担体層は、仮の基板に取り付けられる。この薄い層は、例えば、ニッケルとされ、この担体層は銅とされ、この仮の基板は、アルミニウムとされる。この銅の担体層は、ここでは、部分的にのみ除去される。
好ましくは、このホイルは電気導電の材料から構成され、このスペーサ４５と第二の電極１２との間の接続は半田を用いて実現され、結果として、この第二の電極１２はこのスペーサ４５を介して機能的に延長される。しかし、このホイルは別の材料から構成することも可能であり、また、このスペーサ４５をこの第二の電極２２に接続するために、接着剤等の他の代替物を用いることもできる。
更に、示されるこの実施例では、この第一のカバープレート４は、長方形の形状を有し、ここで、この第一のカバープレート４の寸法は、このスペーサ４５の開いた頂部端が完全に密封されるようなものとされる。第二のカバープレート６と同様に、この第一のカバープレート４は、例えば、ガラスから構成しても良い。
好ましくは、この第一のカバープレート４とこの第二のカバープレート６とは、それぞれ、このスペーサ４５の頂部部分と、この第二の端面１１２上に設けられた第一の電極２の部分とに、例えば、半田を用いて取り付けられる。この目的に対して、第一のカバープレート４は、例えば、この第一のカバープレート４とこのスペーサ４５との間の接続手段として機能する、金属環を含んでも良い。第二のカバープレート６も、第二のカバープレート６と第一の電極２との間の接続手段として機能する、金属環を含んでも良い。図１８には、半田の２つの環状部分４６、４７の断面が示されているが、ここで、半田の第一の部分４６は、この第一のカバープレート４とこのスペーサ４５との間に存在し、そして、この半田の第二の部分４７は、この第二のカバープレート６とこの第一の電極２との間に存在する。更に、図１８には、半田の環４８の断面も示されているが、これは、この半田の第二の部分４７とこの第一の電極２との間に存在する。
好ましくは、このレンズ１５のこれらカバープレート４、６の少なくとも１つはレンズとして成形される。すなわち、これらカバープレート４、６の少なくとも１つは凸又は凹面を含む。こうすることで、このレンズ１５のデフォルトフォーカス（default focus）が得られる。
図１９は本発明によるエレクトロウエッティングセル１５の第三の実施例を示す。この図１９には、部分断面図のみが、すなわち、このセル１５の左部分のみが、示されている。このセル１５は、しかし、対称的に構成されており、このため、示されてない右部分は、この左部分の鏡像となっている。
この実施例によると、この本体部１７は、内壁８０と外壁９０と、そして、セル１５の第二の側１１２の所の、第二のカバープレート６と、を含む。この内壁８０は、流体コンタクト層１０にてコーティングされた電気絶縁部材８を含む。この内壁８０は、更に、拡張可能なジョイント４５を通じて端部４、すなわち第一のカバープレートに接続された、環状のガラス部材８１を含む。一つの好ましい実施例においては、この環状のガラス部材８１とこの端部４は、図２０乃至図２５との関連で説明されることとなるように、単一のガラスプレートから製造される。
この内壁８０は、更に、第二のカバープレート６の端６１を含む。第二のカバープレート６には、貫通孔６２と、電極２と、メタライゼーション６３と、が設けられる。一つの代替実施例として、このプレート６は、このセル１５の第一の側１１１の所のそれと類似又は同一の構造、すなわち、環状のガラス部材と、拡張可能なジョイントと、カバープレートと、によって置換しても良い。
この内壁８０のこれら３つのセクション、すなわち、この環状のガラス部材８１と、この、これも環状の、絶縁部材８と、この端６１は、外壁９０の突起部（protrusion）８５と環状の閉じ部材（closing member）８６との間に留められる。この閉じ部材８６は、ここでは、金属の片とされるが、しかし、電気導電性の表面を有するのであれば、なんであっても良い。外壁９０は、プラスティック又は他の材料の内側コア９２を含み、この表面９１は、金属化される。この金属化された表面９１は、また、第二のカバープレート６の金属化層６３を取り巻く。こうして、機械的に安定な接続が提供される。
これら内壁８０と外壁９０とは互いに取り付けされるとともに、そのまわりには密封層９５が存在するという点において、ジョイント４５と端部４にも取り付けられる。この密封層９５は、適当な材料から形成することができる。これ自体は保護コーティングとして知られている、ゴム、エポキシ等のポリマーコーティング（polymeric coating）を用いても良い。しかし、好ましくは、この密封層９５は金属から構成される。こうすることで、密封性で、空気、水又は流体の拡散の恐れのないパッケージを提供することが可能となる。この金属密封層９５を提供するためのとりわけ好ましい方法は、電気メッキである。この方法は、三次元表面の所で、例えば、バス内で、遂行することができる。
図２０乃至図２５は、拡張可能なジョイント（expandable joint）４６として用いられるべき、一体化された薄膜（integrated membrane）２１０を有する基板２００を製造する方法における一連の工程を略断面図にて示す。図２０は、第一の表面２０１と反対側の第二の表面２０２とを有する基板２００を示す。この基板２００は、この例においては、適当な厚さ、例えば、０．１ｍｍなるオーダの、ガラスプレートである。
図２１は、フォトレジスト２０５が両方の表面２０１、２０２の所に塗布された後の基板２００を示す。フォトレジストの材料自体は当分野において知られている。
図２２は、このフォトレジスト２０５がパターニング及び現像された後の基板２００を示す。第一の側２０１の所でのパターニングの結果として、開口２１４を与える。第二の側２０２におけるパターニングの結果として、このフォトレジスト２０５の表面２１５にも三次元構造が与えられることとなる。この表面２１５は、この例では、波形表面の形態である。この表面構造は、鍛造又は別のやり方での機械的変形にて提供することもできる。代替として、進歩したフォトリソグラフィック技法を用いることもできる。もう１つのさらなる実施例として、このフォトレジスト層２０５を所望の形状にて提供するために成形技術を用いることもできる。理解できるように、この場合は、特定のフォトレジスト材は必要とされない。
図２３は、薄膜層２２５が塗布された後の基板２００を示す。この薄膜層は、例えば、ある程度の弾性を有する金属から構成されるが、しかし、それがフォトレジスト層２０５と相性がよい限り、任意の他の材料でも良い。多くの金属が、もし薄い層として塗布された場合は、十分な柔軟性を有することがわかっている。例としては、金、銅、ニッケル、アルミニウム、並びにこれらの適当な合金が含まれる。金属層は、適当な堆積技法、例えば、スパッタリング、化学蒸着にて塗布しても良く、湿式化学蒸着を用いても良い。この例では、この薄膜層２２５は、パターン化されるように示されているが、しかし、これは必須ではない。
図２４は、第一の表面２０１の所でパターン化されたフォトレジスト２０５にてパターン化された後の基板２００を示す。ガラスプレート２００の場合は、好ましくは、パワー吹き付け（power blasting）の技法を用いることができるが、しかし、エッチング等の他の技法が排除されるものではない。
図２５は、フォトレジスト２０５が除去され、結果として一体化された薄膜２２０を有する基板２００となった後の、基板２００を示す。明らかであろうように、この基板２００は、横方向に延びることもできる。この薄膜２２０は、任意の形状を有することができる。とりわけ、好ましくは、環状とされる。この基板は、複数の薄膜を含んでも良く、そして、好ましくは、更なるステップにおいてウェーハレベルの処理が行なわれる。すなわち、分離される。この分離ステップは、フォトレジスト２０５を除去する前に行うこともできる。ここには示されていないが、この基板が、この第一又は第二の側２０１、２０２の所に更なる層を含むことが排除されるものではない。半導体基板がこの基板２００として用いられるときは、この内部にダイオード及びトランジスタや、トレンチコンデンサ等の、半導体要素を形成しても良い。
要約すると、本発明は、本体部と端部との間に拡張可能なジョイントを含むエレクトロウエッティングセルを提供する。この拡張可能なジョイントは、薄膜すなわちフランジ状の部分を含むこともできる。
本発明は、モバイル電話機を含むモバイル用途用の画像センサ内で用いるためのエレクトロウエッティングレンズに適する。これら用途においては、広いレンジの動作及び格納温度が要求される。
背景の説明のために含められた従来の文献からの調整可能なレンズの断面を示す図である。 背景の説明のために含められた従来の文献からの調整可能なレンズの断面を示す図である。 背景の説明のために含められた従来の文献からの調整可能なレンズの断面を示す図である。 従来の技術による非活性化状態におけるエレクトロウエッティングセルを示す断面図である。 活性化された状態におけるエレクトロウエッティングセルを示す断面図である。 非導電性の液体の屈折率がより高くされたときの効果を示す、活性化された状態における従来の技術によるエレクトロウエッティングセルを示す断面図である。 製造の様々な段階の際のこのエレクトロウエッティングセルの側断面図である。 製造の様々な段階の際のこのエレクトロウエッティングセルの側断面図である。 製造の様々な段階の際のこのエレクトロウエッティングセルの側断面図である。 製造の様々な段階の際のこのエレクトロウエッティングセルの側断面図である。 このエレクトロウエッティングセルのウインドウの側断面図である。 このエレクトロウエッティングセルのウインドウの側断面図である。 製造の後の様々な段階におけるこのエレクトロウエッティングセルの側断面図である。 製造の後の様々な段階におけるこのエレクトロウエッティングセルの側断面図である。 製造の後の様々な段階におけるこのエレクトロウエッティングセルの側断面図である。 製造の後の様々な段階におけるこのエレクトロウエッティングセルの側断面図である。 本発明の第二の実施例の斜視図である。 本発明の第二の実施例の断面図である。 第三の実施例の略断面図であるが、ここにはこのセルの左部分のみが示されている。 一体化された薄膜を有する基板の製造における様々な段階の略側断面図である。 一体化された薄膜を有する基板の製造における様々な段階の略側断面図である。 一体化された薄膜を有する基板の製造における様々な段階の略側断面図である。 一体化された薄膜を有する基板の製造における様々な段階の略側断面図である。 一体化された薄膜を有する基板の製造における様々な段階の略側断面図である。 一体化された薄膜を有する基板の製造における様々な段階の略側断面図である。

Claims (19)

  1. エレクトロウエッティング流体を収容できる空洞を含む本体部と、この本体部の一端に固定された少なくとも１つの端部とを含み、
    前記少なくとも１つの端部は、前記本体部に拡張可能なジョイントによって固定されるエレクトロウエッティングセル。
  2. 前記拡張可能なジョイントは、少なくとも１つのフレキシブルな要素を組み込む請求項１記載のエレクトロウエッティングセル。
  3. 前記フレキシブルな要素は薄膜である請求項２記載のエレクトロウエッティングセル。
  4. 前記薄膜は非平坦にされた薄い層である請求項３記載のエレクトロウエッティングセル。
  5. 前記薄膜は不透明で、かつ光遮蔽体として機能する請求項３または４記載のエレクトロウエッティングセル。
  6. 前記空洞は、前記端部と前記拡張可能なジョイントと共に、少なくとも１つの側壁を有する流体チャンバを規定し、前記チャンバは、
    エレクトロウエッティング流体として非混和性であってメニスカスを通じて接触し、そして異なる屈折率を有する第一および第二の流体を含み、
    第一および第二の電極と、前記少なくとも１つの側壁上に配置された流体コンタクト層とが設けられ、
    前記コンタクト層は、前記第一電極と第二の電極との間に加えられる電圧の下で変化する前記第二の流体に対する湿潤性を有し、前記メニスカスの形状が前記電圧に依存して変化する請求項１または４記載のエレクトロウエッティングセル。
  7. 前記本体部は、前記流体チャンバの向かい側の位置に存在する少なくとも１つの非流体レンズを含む請求項１乃至６のいずれかに記載のエレクトロウエッティングセル。
  8. 前記本体部の各々の端に固定される第一および第二の端部を備えている請求項１記載のエレクトロウエッティングセル。
  9. 前記少なくとも１つの端部は、前記エレクトロウエッティングセルの光学軸上に位置する請求項１または８記載のエレクトロウエッティングセル。
  10. 前記端部は非流体レンズが設けられる請求項１記載のエレクトロウエッティングセル。
  11. エレクトロウエッティングセルを組み立てる方法であって、
    前記セルの少なくとも１つの端部を、前記セルの空洞を規定する本体部に、拡張可能なジョイントを用いて固定するステップと、
    前記空洞をエレクトロウエッティング流体で満たすステップと、
    を含む方法。
  12. 第一の端セクションは、前記空洞を満たす間、前記拡張可能なジョイントを拡張するために、張力下に置かれる請求項１１記載の方法。
  13. エレクトロウエッティング流体を収容できる空洞を規定する本体部と、この本体部の１つの端に固定された少なくとも１つの端部とを含むエレクトロウエッティングセルを製造する方法であって、
    前記端部は、拡張可能なジョイントを用いてコンタクトに固定されるようなサブアセンブリを提供するステップと、
    前記コンタクトを前記本体部に接続するステップと、
    を含む方法。
  14. 前記拡張可能なジョイントはフレキシブルな金属層を備え、前記コンタクトは、前記本体部と前記拡張可能なジョイント上へと延びるシール層を電気メッキすることによって前記本体部に取り付けられる請求項１３記載の方法。
  15. とりわけ請求項１３記載の方法において用いるためのサブアセンブリを製造する方法であって、
    第一の層を担体層上に設けるステップと、
    前記第一の層の少なくとも一部を変形し、結果として、変形された非平坦な表面を有する第一の層を得るステップと、
    前記非平坦な表面に薄膜層を設けるステップと、
    前記担体層を部分的に除去することによって、前記第一の層の前記一部分を、少なくとも部分的に露出し、これによって、前記担体層内に、１つの端部とコンタクトとを形成するステップと、
    前記第一の層の前記部分を除去し、これによって前記拡張可能なジョイントを得るステップと、
    を含む方法。
  16. 前記非平坦な表面を有する部分に隣接する前記第一の層に、一部分を設けるステップと、
    前記薄膜層が前記組み立てられた部分の表面上に延びるように電気メッキのステップで前記薄膜層を設けるステップと、
    を含む請求項１５記載の方法。
  17. 請求項１乃至１０のいずれかに記載のエレクトロウエッティングセルを組み込む画像捕捉デバイス又は画像センサ。
  18. 請求項１乃至１０のいずれかに記載のエレクトロウエッティングセルを含む光学走査デバイス。
  19. 請求項１乃至１０のいずれかに記載のエレクトロウエッティングセルを組み込むディスプレイデバイス。
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