TW201939069A - 具有陶瓷絕緣層的液體透鏡 - Google Patents

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桂尼葉 彭方德
班傑明尚巴布提斯特法蘭克 博格
史蒂芬妮 雪法洛特
馬修 梅拉德
貝宏杰 托瑞皮耶爾
布魯諾 貝爾傑
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美商康寧公司
里昂 克洛德貝爾納第一大學
國家科學研究中心
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Abstract

一種液體透鏡，其包括一第一窗口、一第二窗口、及安置在該第一窗口與該第二窗口之間的一空腔；安置在該空腔內的一第一及第二液體，該第一及第二液體實質上彼此不可混溶且具有不同的折射率以使得第一及第二液體之間的一界面界定一可變透鏡，該第一液體之至少一部分安置在該空腔之一第一部分內，該第二液體安置在該空腔之一第二部分內；與該第一液體電通訊的一共同電極；及一驅動電極，其安置於該空腔之一側壁上且藉由一絕緣元件與該第一液體及該第二液體絕緣，其中該絕緣元件包含與該等液體接觸的一絕緣外層，該絕緣外層包含一鑭系氧化物。

Description

具有陶瓷絕緣層的液體透鏡
相關申請案之交互參照
本申請案根據專利法主張2017年12月13日申請的美國臨時申請案第62/598,333號之優先權權益，該申請案之內容係以全文引用方式併入本文中。
本揭示內容係關於液體透鏡，且更特地而言，具有諸如鑭系氧化物層之陶瓷絕緣層的液體透鏡。
液體透鏡通常包括安置在腔室內的兩種不混溶液體。使施加於液體之電場變化可令液體之一的相對於腔室之壁的可濕性變化，從而具有使得在兩種液體之間形成的彎月面之形狀變化。另外，在各種應用中，半月板之形狀的變化產生透鏡之焦距的變化。
習知液體透鏡配置利用駐留於電極與不可混溶液體之間的絕緣特徵。聚合物材料通常係用作絕緣特徵，因為其可提供電絕緣且就液體之潤濕性質而言展現所要疏水性。然而，該些液體透鏡配置遭受與該些聚合物層相關聯的各種缺點。例如，聚合物絕緣特徵係與液體接觸，且隨時間推移，常常對化學反應、瀝濾或可顯著地改變其絕緣及/或疏水性特性的變化敏感。作為另一實例，使用聚合物絕緣特徵之液體透鏡配置可遭受低的製造產率，因為該些特徵典型地具有低的防刮性，且劃痕可負面地影響其駐留所在的液體透鏡之效能特性。該些聚合物絕緣特徵亦係藉由相對低的溫度穩定性表徵，該相對低的溫度穩定性會限制可利用含有該些聚合物材料之習知液體透鏡的應用。更進一步地，使用聚合物絕緣特徵之習知液體透鏡配置通常不適合DC驅動的電潤濕應用。最終，該些聚合物絕緣特徵中的許多是UV敏感的，再次限制可利用含有該些聚合物材料之習知液體透鏡的應用。
因此，對具有絕緣特徵的液體透鏡配置存在需要，該些絕緣特徵提供改良的化學、溫度及機械穩定性，從而可轉變成改良的液體透鏡可靠性、效能及製造成本。
根據本揭示內容之一些態樣，提供液體透鏡，其包括：第一窗口、第二窗口、及安置在第一窗口與第二窗口之間的空腔；安置在空腔內的第一液體及第二液體，該第一液體及該第二液體實質上彼此不可混溶且具有不同的折射率以使得第一液體與第二液體之間的界面界定可變透鏡，該第一液體之至少一部分安置在該空腔之第一部分內，該第二液體安置在該空腔之第二部分內；與該第一液體電通訊的共同電極；及驅動電極，其安置於該空腔之側壁上且藉由絕緣元件與該第一液體及該第二液體絕緣。進一步地，該絕緣元件包含與該等液體接觸的絕緣外層，該絕緣外層包含鑭系氧化物。
根據本揭示內容之其他態樣，提供液體透鏡，其包括：第一窗口、第二窗口、及安置在第一窗口與第二窗口之間的空腔；安置在空腔內的第一液體及第二液體，該第一液體及該第二液體實質上彼此不可混溶且具有不同的折射率以使得第一液體與第二液體之間的界面界定可變透鏡，該第一液體之至少一部分安置在該空腔之第一部分內，該第二液體安置在該空腔之第二部分內；與該第一液體電通訊的共同電極；及驅動電極，其安置於該空腔之側壁上且藉由絕緣元件與該第一液體及該第二液體絕緣。該絕緣元件包含與該等液體接觸的絕緣外層，該絕緣外層包含鑭系氧化物。進一步地，透鏡在將0 V至最大驅動電壓、繼之以回到0 V的驅動電壓連續施加至驅動電極時展現不大於3°之接觸角滯後。
根據本揭示內容之其他態樣，提供液體透鏡，其包括：第一窗口、第二窗口、及安置在第一窗口與第二窗口之間的空腔；安置在空腔內的第一液體及第二液體，該第一液體及該第二液體實質上彼此不可混溶且具有不同的折射率以使得第一液體與第二液體之間的界面界定可變透鏡，該第一液體之至少一部分安置在該空腔之第一部分內，該第二液體安置在該空腔之第二部分內；與該第一液體電通訊的共同電極；及驅動電極，其安置於該空腔之側壁上且藉由絕緣元件與該第一液體及該第二液體絕緣。該絕緣元件包含與該等液體接觸的絕緣外層，該絕緣外層包含鑭系氧化物。進一步地，透鏡在將0 V至最大驅動電壓、繼之以回到0 V的驅動電壓連續施加至驅動電極時展現不大於3°之接觸角滯後。另外，在絕緣層經受熱老化方案之後進行驅動電壓之連續施加，該熱老化方案包含在85℃下與去離子水接觸一週。
另外的特徵及優點將在隨後的詳細說明中闡述，且部分地來說，根據彼描述該等特徵及優點將對熟習此項技術者顯而易見或將藉由實踐如本文(包括隨後的實施方式、申請專利範圍、以及隨附圖式)描述的實施例來識別。
應理解，前述一般描述及隨後的詳細描述兩者僅僅為示範性的，且係意欲提供用於理解本揭示內容及隨附申請專利範圍之性質及特性的概述或框架。
隨附圖式係包括來提供對本揭示內容之原理的進一步理解，且併入本說明書中並構成本說明書之一部分。圖式說明一或多個實施例，且連同說明書一起用於例如解釋本揭示內容之原理及操作。應理解，本說明書中及在圖式中揭示的揭示內容之各種特徵可以任何及所有組合使用。藉由非限制性實例，本揭示內容之各種特徵可根據以下實施例彼此組合。
另外的特徵及優點將在隨後的詳細描述中闡述，且根據該描述該等特徵及優點將對熟習此項技術者顯而易見或將藉由實踐如在隨後的描述連同申請專利範圍及隨附圖式中所描述的實施例來識別。
如本文所使用，當在兩個或兩個以上項目之清單中使用時，術語「及/或」意指所列項目之任一者可獨立使用，或可使用所列項目之兩個或兩個以上者的任何組合。例如，若組合物係描述為含有組分A、B、及/或C，則組合物可含有單獨的A；單獨的B；單獨的C；組合的A及B；組合的A及C；組合的B及C；或組合的A、B、及C。
在此文件中，諸如第一及第二、頂部及底部、及類似物的關係術語係單獨地使用來將一個實體或動作區別於另一實體或動作，而不需要求或暗示此種實體或動作之間的任何實際的此種關係或次序。
熟習此項技術者及實施或使用本揭示內容之彼等人士將思及本揭示內容之修改。因此，應瞭解圖式中展示及上文描述的實施例僅僅係用於說明性目的，且並非意欲限制本揭示內容之範疇，該範疇係藉由隨附申請專利範圍限定，如根據專利法之原理所解釋的，包括等效物之教義。
對於本揭示內容之目的而言，術語「耦接(coupled)」(在其全部形式中：耦接(couple)、耦接(coupling)、耦接(coupled)等等)大體上意指兩個部件直接地或間接地彼此接合。此種接合可在本質上為固定的或在本質上為可移動的。此種接合可利用兩個部件及任何另外的中間構件來達成，該等任何另外的中間構件係彼此或與兩個部件整體地形成為單一整體主體。除非另有說明，否則此種接合可在本質上可永久的，或在本質上可為可移動的或可釋放的。
如本文所使用，術語「約」意指量、大小、配方、參數、及其他數量及特性不且不必為確切的，但可視需要為近似值及/或較大或較小，從而反映公差、換算因數、捨入、量測誤差及類似因素、及熟習此項技術者所知的其他因素。當術語「約」用於描述範圍之值或端點時，本揭示內容應理解為包括所提及的特定值或端點。無論說明書中範圍之數值或端點是否敘述「約」，範圍之數值或端點意欲包括兩個實施例：一個藉由「約」修飾，而一個不藉由「約」修飾。將進一步理解，每一範圍之端點與另一端點顯著相關，且獨立於另一端點。
如本文所使用的術語「實質」、「實質上」及其變化形式意欲指出所描述特徵係等於或近似等於一值或描述內容。例如，「實質上平坦」表面意欲表示平坦或大致平坦的表面。此外，「實質上」意欲表示兩個值相等或近似相等。在一些實施例中，「實質上」可表示值彼此相差約10%以內，諸如彼此相差約5%以內，或彼此相差約2%以內。
如本文所使用的方向性術語—例如上、下、右、左、前、後、頂部、底部—僅係參考所繪製的圖式且並不意欲暗示絕對定向。
如本文所使用，術語「該」、「一(a/an)」意指「至少一個」，且不應受限於「僅一個」，除非明確地指示為相反。因此，例如，提及「一組分」包括具有兩個或兩個以上此種組分之實施例，除非上下文另外清楚地指示。
在各種實施例中，提供液體透鏡，其包括第一窗口、第二窗口、及安置在第一窗口與第二窗口之間的空腔。第一及第二液體係安置在空腔內。第一及第二液體實質上彼此不可混溶且具有不同的折射率以使得第一液體與第二液體之間的界面界定可變透鏡。在一些實施例中，該第一液體之至少一部分安置在該空腔之第一部分內，且該第二液體安置在該空腔之第二部分內。共同電極係與第一液體電通訊，且驅動電極係安置於該空腔之側壁上且藉由絕緣元件與第一液體及第二液體絕緣。進一步地，絕緣元件包含與該等液體接觸絕緣外層，其包含YO2 ，其中Y為鑭系元件。
在實施例中，可調整共同電極處的電壓與驅動電極處的電壓之間的電壓差。電壓差可經控制及調整以將液體之間的界面(亦即，彎月面)沿空腔之側壁移動至所要位置。藉由使界面沿空腔之側壁移動，有可能改變液體透鏡之焦點(例如，屈光度)及/或液體透鏡之傾斜度。進一步地，在液體透鏡之操作期間，液體透鏡及其成分之介電質及/或表面能性質可變化。例如，液體及/或絕緣元件之介電性質可回應於隨時間對電壓差之暴露、溫度之變化、及其他因素而變化。如另一實例，絕緣元件之表面能可回應於隨時間對第一及第二液體之暴露而變化。繼而，液體透鏡之性質及其成分(例如，其絕緣元件)之彼等性質的變化可降級液體透鏡之可靠性及效能特性。
參考第1A圖及第1B圖，提供液體透鏡100之一些實施例之橫截面視圖。在一些實施例中，液體透鏡100包含透鏡主體102及形成在透鏡主體中的空腔104。第一液體106及第二液體108係安置在空腔104內。在一些實施例中，第一液體106為極性液體或導電液體。另外，或替代地，第二液體108為非極性液體或絕緣液體。在一些實施例中，第一液體106及第二液體108為彼此不可混溶且具有不同的折射率以使得第一液體與第二液體之間的界面110形成透鏡。在一些實施例中，第一液體106及第二液體108具有實質上相同的密度，其可有助於避免界面110之形狀的變化，此係由於液體透鏡100之實體定向的變化(例如，由於重力)。
在第1A圖及第1B圖中描繪的液體透鏡100之一些實施例中，空腔104包含第一部分或頂部空間104A及第二部分或基底部分104B。例如，空腔104之第二部分104B係藉由如本文描述的液體透鏡100之中間層中的鏜孔界定。另外或替代地，空腔104之第一部分104A係藉由液體透鏡100之第一外層中的凹部界定及/或安置在如本文描述的中間層中的鏜孔外部。在一些實施例中，第一液體106之至少一部分安置在空腔104之第一部分104A中。另外或替代地，第二液體108安置在空腔104之第二部分104B內。例如，第二液體108之實質上全部或一部分安置在空腔104之第二部分104B內。在一些實施例中，界面110之周邊(例如，界面與空腔之側壁接觸的邊緣)係安置在空腔104之第二部分104B。
液體透鏡100之界面110 (參見第1A圖及第1B圖)可經由電潤濕來調整。例如，電壓可施加在第一液體106與空腔104之表面之間(例如，定位在空腔之表面附近且與如本文描述的第一液體絕緣的電極)以增加或減少空腔之表面相對於第一液體之可濕性並使界面110之形狀變化。在一些實施例中，調整界面110使界面之形狀變化，從而使液體透鏡100之焦距或焦點變化。例如，焦距之此種變化可賦能液體透鏡100執行自動對焦功能。另外或替代地，調整界面110使得界面相對於液體透鏡100之光軸112傾斜。例如，此種傾斜可賦能液體透鏡100執行光學影像穩定(optical image stabilization; OIS)功能。調整界面110可在無需液體透鏡100相對於影像感測器、固定透鏡或透鏡堆疊、外殼、或其中可併入液體透鏡之攝影機模組之其他部件的實體移動的情況下達成。
在一些實施例中，液體透鏡100之透鏡主體102包含第一窗口114及第二窗口116。在一些此種實施例中，空腔104係安置在第一窗口114與第二窗口116之間。在一些實施例中，透鏡主體102包含配合地形成透鏡主體之複數個層。例如，在第1A圖及第1B圖中展示的實施例中，透鏡主體102包含第一外層118、中間層120、及第二外層122。在一些此種實施例中，中間層120包含穿過其形成的鏜孔。第一外層118可黏接至中間層120之一側(例如，對象側)。例如，第一外層118係在黏結部134A處黏接至中間層120。黏接部134A可為黏著劑黏結部、雷射黏接部(例如，雷射焊接部)、或能夠維持空腔104內的第一液體106及第二液體108的另一適合的黏結部。另外或替代地，第二外層122可黏接至中間層120之另一側(例如，影像側)。例如，第二外層122係在黏接部134B及/或黏接部134C處黏接至中間層120，其每一者可如本文描述相對於黏接部134A來配置。在一些實施例中，中間層120係安置在第一外層118與第二外層122之間，中間層中的鏜孔在相對側上藉由第一外層及第二外層覆蓋，且空腔104之至少一部分係界定在鏜孔內。因此，覆蓋空腔104的第一外層118之一部分用作第一窗口114，且覆蓋空腔104的第二外層122之一部分用作第二窗口116。
在一些實施例中，空腔104包含第一部分104A及第二部分104B。例如，在第1A圖及第1B圖中展示的實施例中，空腔104之第二部分104B係藉由中間層120中的鏜孔界定，且空腔之第一部分104A係安置在空腔之第二部分與第一窗口114之間。在一些實施例中，第一外層118包含如第1A圖及第1B圖所示的凹部，且空腔104之第一部分104A安置在第一外層中的凹部內。因此，空腔之第一部分104A係安置在中間層120中的鏜孔外部。
在一些實施例中，空腔104 (例如，空腔之第二部分104B)係如第1A圖及第1B圖所示為錐形以使得空腔之橫截面積在自對象側至影像側的方向上沿光軸112減小。例如，空腔104之第二部分104B包含窄端部105A及寬端部105B。術語「窄」及「寬」為相對術語，其意指窄端部比寬端部更窄。此種錐形空腔可有助於維持第一液體106與第二液體108之間的界面110沿光軸112之對準。在其他實施例中，空腔為錐形以使得空腔之橫截面積在自對象側至影像側的方向上沿光軸增加，或為非錐形以使得空腔之橫截面積沿光軸保持實質上恆定。
在一些實施例中，影像光透過第一窗口114進入第1A圖及第1B圖中描繪的液體透鏡100，在第一液體106與第二液體108之間的界面110處折射，且透過第二窗口116退出液體透鏡。在一些實施例中，第一外層118及/或第二外層122包含足夠的透明度以賦能影像光之通過。例如，第一外層118及/或第二外層122包含聚合物、玻璃、陶瓷、或玻璃陶瓷材料。在一些實施例中，第一外層118及/或第二外層122之外表面為實質上平坦的。因此，即使液體透鏡100可用作透鏡(例如，藉由使通過界面110之影像光折射達成)，液體透鏡之外表面可為平坦的，與如同固定透鏡之外表面的彎曲相對。在其他實施例中，第一外層及/或第二外層之外表面為彎曲的(例如，凹入或凸起)。因此，液體透鏡包含整合的固定透鏡。在一些實施例中，中間層120包含金屬、聚合物、玻璃、陶瓷、或玻璃陶瓷材料。因為影像光可通過中間層120中之鏜孔，所以中間層可或可不為透明。
雖然第1A圖及第1B圖中展示的液體透鏡100之透鏡主體102係描述為包含第一外層118、中間層120、及第二外層122，但其他實施例係包括在本揭示內容中。例如，在一些其他實施例中，省略層中的一或多者。例如，中間層中的鏜孔可配置為盲孔，其並不完全地延伸穿過中間層，且可省略第二外層。雖然空腔104之第一部分104A在本文描述為安置在第一外層118中的凹部內，但其他實施例係包括在本揭示內容中。例如，在一些其他實施例中，省略凹部，且空腔之第一部分安置在中間層中的鏜孔內。因此，空腔之第一部分為鏜孔之上部部分，且空腔之第二部分為鏜孔之下部部分。在一些其他實施例中，空腔之第一部分部分地安置在中間層中之鏜孔內且部分地安置在鏜孔外部。
在一些實施例中，液體透鏡100 (參見第1A圖及第1B圖)包含與第一液體106電通訊的共同電極124。另外或替代地，液體透鏡100包含驅動電極126，其安置於空腔104之側壁上且與第一液體106及第二液體108絕緣。不同的電壓可供應至共同電極124及驅動電極126以改變如本文描述的界面110之形狀。
在一些實施例中，液體透鏡100 (參見第1A圖及第1B圖)包含導電層128，其至少一部分係安置在空腔104內。例如，導電層128包含在將第一外層118及/或第二外層122黏接至中間層之前施加至中間層120的導電塗層。導電層128可包含金屬材料、導電聚合物材料、另一適合的導電材料、或其組合。另外或替代地，導電層128可包含單層或複數個層，其中的一些或全部可為導電的。在一些實施例中，導電層128界定共同電極124及/或驅動電極126。例如，導電層128可在將第一外層118及/或第二外層122黏接至中間層之前施加至中間層118之實質上整個外表面。在將導電層128施加至中間層118之後，導電層可分段成各種導電元件(例如，如本文描述的共同電極124、驅動電極126、及/或參考電極)。在一些實施例中，液體透鏡100包含導電層128中之刻畫部(scribe) 130A以將共同電極124及驅動電極126彼此隔離(例如，電隔離)。在一些實施例中，刻畫部130A包含導電層128中之間隙。例如，刻畫部130A為間隙，其具有約5 µm、約10 µm、約15 µm、約20 µm、約25 µm、約30 µm、約35 µm、約40 µm、約45 µm、約50 µm、或藉由所列值界定的任何範圍之寬度。
亦如第1A圖及第1B圖中所描繪，液體透鏡100包含安置在空腔104內的絕緣元件132。例如，絕緣元件132包含在將第一外層118及/或第二外層122黏接至中間層之前施加至中間層120的絕緣塗層。在一些實施例中，絕緣元件132包含在將第二外層122黏接至中間層120之後且在將第一外層118黏接至中間層之前施加至導電層128及第二窗口116的絕緣塗層。因此，絕緣元件132覆蓋空腔104內的導電層128及第二窗口116之至少一部分。在一些實施例中，絕緣元件132可為充分透明的以賦能影像光透過第二窗口116之通過，如本文描述。
在第1A圖及第1B圖中描繪的液體透鏡100之一些實施例中，絕緣元件132覆蓋驅動電極126之至少一部分(例如，安置在空腔104內的驅動電極之部分)以將第一液體106及第二液體108與驅動電極絕緣。另外或替代地，安置在空腔104內的共同電極124之至少一部分係未藉由絕緣元件132覆蓋。因此，共同電極124可如本文描述與第一液體106電通訊。在一些實施例中，絕緣元件132包含空腔104之第二部分104B之疏水表面層。此種疏水表面層可有助於維持空腔104之第二部分104B內的第二液體108 (例如，藉由非極性第二液體與疏水材料之間的吸引達成)及/或賦能界面110之周邊沿疏水表面層(例如，藉由電潤濕)移動以改變如本文描述的界面之形狀。進一步地，至少部分地基於絕緣元件132，第1A圖及第1B圖中展示的液體透鏡100可展現不大於3°的接觸角滯後(亦即，在液體106、108之間的界面處)。如本文所使用，「接觸角滯後」係指在自0 V至最大驅動電壓、繼之以回到0 V (亦即，如相對於共同電極124而言)的驅動電壓連續施加至驅動電極126時具有絕緣元件132之第二液體108的量測接觸角的差(例如，在供應至驅動電極的驅動電壓與供應至共同電極的共同電壓之間的差)。無電壓的初始接觸角之最大值為25°且歸因於電潤濕效應的接觸角之增加在如本文所使用的「最大驅動電壓」下為至少15°。例如，最大驅動電壓可為10 V、20 V、30 V、40 V、50 V、60 V、或70 V。
現參考第1A圖，液體透鏡100之實施例經配置以使得驅動電極126係安置於空腔104之側壁上且藉由絕緣元件132與第一液體106及第二液體108絕緣。絕緣元件132包括絕緣外層132A，如所示，其與第一液體106及第二液體108接觸。進一步地，絕緣外層132A包含鑭系氧化物。如本文所使用，「鑭系氧化物」包括YO2 、Y2 O3 、(Y=Pr)6 O11 、(Y=Tb)4 O7 、或其組合，其中Y為鑭系元件。示例性鑭系元件包括La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu。在液體透鏡100之較佳實施例中，絕緣外層132A包含YO2 ，其中Y為Ce以使得YO2 為CeO2 。在絕緣外層132A中使用CeO2 為有利的，此部分地因為鈰比其他鑭系元素更豐富且較廉價。進一步地，在第1A圖描繪的液體透鏡100之實施方式中，絕緣元件132在絕緣外層132A發揮關於液體106、108及驅動電極126為電絕緣，且關於第一液體106為疏水性的雙重功能的意義上為整塊的。第1A圖中描繪的液體透鏡100在給定其對一個整塊絕緣外層132A的依賴性的情況下可在處理及/或製造觀點方面比絕緣元件132 (例如，依賴於複數個層的彼等絕緣元件，諸如下文結合第1B圖所描述)之其他更複雜配置有利。
在第1A圖中描繪的液體透鏡100之實施例中，絕緣元件132之絕緣外層132A之厚度為約0.5微米至約10微米、約1微米至約10微米、約1微米至約9微米、約1微米至約8微米、約1微米至約7微米、約1微米至約6微米、約1微米至約5微米、約1微米至約4微米、約1微米至約3微米、約1微米至約2微米、及該些厚度端點之間的所有值。例如，在一些實施例中，第1A圖中描繪的液體透鏡100之絕緣外層132A之厚度為約0.5微米至約2微米。
現參考第1B圖，液體透鏡100之實施例經配置以使得驅動電極126係安置於空腔104之側壁上且藉由絕緣元件132與第一液體106及第二液體108絕緣。如第1B圖所示，絕緣元件132包括絕緣外層132A，其與第一液體106及第二液體108接觸；及基底層132B，其在絕緣外層132A與驅動電極126之間。進一步地，絕緣外層132A包含鑭系氧化物。例如，在第1B圖中展示的液體透鏡100之一些實施例中，絕緣外層132A包含YO2 ，其中Y為Ce以使得YO2 為CeO2 。對於基底層132B，其可包含聚合物或非聚合物絕緣材料。例如，基底層132B可包括以下一或多者：聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene; PTFE)、聚對二甲苯、包含矽倍半氧烷之多孔有機矽酸鹽、聚醯亞胺、氟化聚醯亞胺、SiLK®半導體介電質樹脂(來自Dow Chemical Company)、氟摻雜氧化矽、氟化非晶形碳薄膜、聚矽氧聚合物、非晶形含氟聚合物(例如，來自DuPont之Teflon®)、聚(伸芳基醚)、氟化及非氟化對伸茬基直鏈聚合物(例如，聚對二甲苯C)、非晶形含氟聚合物(例如，來自Asahi Glass Co.之Cytop®)、Hyflon® (來自Solvay)、芳族乙烯基矽氧烷聚合物(例如，來自Dow Chemical之DVS-BCD)、類金剛石碳、聚乙烯、聚丙烯、氟乙烯丙烯聚合物、聚萘、類聚矽氧聚合物膜(SiOx Cy Hz )、SiO2 、Si3 N4 、BaTiO3 、HfO2 、HfSiO4 、ZrO2 、Ta2 O5 、TiO2 、BarSrTiO3 、SrTiO3 、Al2 O3 、La2 O3 、Y2 O3 、絕緣溶膠凝膠(例如，矽烷氧化物)、及旋塗玻璃(例如，Accuglass® Honeywell, Inc.)。在較佳實施方式中，基底層132B包括聚對二甲苯材料(例如，聚對二甲苯C)。
如早前所指出，在絕緣外層132A中使用CeO2 為有利的，此部分地因為鈰比其他鑭系元素更豐富且較廉價。在第1B圖中描繪的液體透鏡100之實施方式中，給定絕緣元件132包括絕緣外層132A及基底層132B的情況下，該絕緣元件為多層堆疊。此處，基底層132B及絕緣外層132A就液體106、108及驅動電極而言為電絕緣的。另外，絕緣外層132A亦就第一液體106而言為疏水的。第1B圖中描繪的液體透鏡100在給定其對呈多層堆疊形式之絕緣元件的依賴性的情況下可提供超過絕緣元件132 (例如，依賴於整塊絕緣外層132A之彼等絕緣元件，諸如上文結合第1B圖所描述)之其他配置的效能及/或製造優點。
在第1B圖中描繪的液體透鏡100之實施例中，絕緣元件132之絕緣外層132A之厚度為約0.01微米至約1微米、約0.01微米至約1.5微米、約0.01微米至約1微米、約0.05微米至約2微米、約0.05微米至約1微米、約0.05微米至約0.5微米、0.05微米至約0.4微米、約0.1微米至約2微米、約0.1微米至約1.5微米、約0.1微米至約1微米、約0.1微米至約0.5微米、及該些厚度端點之間的所有值。例如，在一些實施例中，第1B圖中描繪的液體透鏡100之絕緣外層132A之厚度為約0.05微米至約0.4微米。關於基底層132B，其可具有範圍為以下的厚度：約0.5微米至約10微米、約1微米至約10微米、約1微米至約9微米、約1微米至約8微米、約1微米至約7微米、約1微米至約6微米、約1微米至約5微米、約1微米至約4微米、約1微米至約3微米、約1微米至約2微米、及該些厚度端點之間的所有值。例如，在一些實施例中，第1B圖中描繪的液體透鏡100之絕緣外層132B之厚度為約1微米至約10微米。
進一步地，第1B圖中描繪的液體透鏡100之實施方式包含絕緣元件132 (例如，如包括絕緣外層132A及基底層132B)，其具有範圍為以下的總厚度：約0.5微米至約10微米、0.5微米至約5微米、約0.5微米至約2.5微米、及該些厚度端點之間的所有值。
由於絕緣元件132之絕緣外層132A之疏水性及絕緣性質的意外組合，第1A圖及第1B圖中描繪的液體透鏡100提供超過習知液體透鏡配置之若干優點。在該些優點之中，咸信外層132A之鑭系氧化物陶瓷組合物提供用於透鏡100之改良的溫度穩定性(例如，相較於聚合物疏水層而言)。亦咸信外層132A之鑭系氧化物陶瓷組合物提供用於透鏡之改良的化學穩定性(例如，相較於聚合物疏水層而言)，例如，如在熱老化處理之後所判斷的。在此種處理中，液體透鏡100在自0 V至最大驅動電壓、繼之以回到0 V (亦即，如相對於共同電極124而言)的驅動電壓連續施加至驅動電極126時展現不大於3°之接觸角滯後(亦即，在液體106、108之間的界面110處)，其中驅動電壓之連續施加係在絕緣層132A經受熱老化方案之後進行，該熱老化方案包含在85℃下與去離子水接觸一週。更進一步地，亦咸信，外層132A之鑭系氧化物陶瓷組合物確保此層具有允許液體透鏡100用於基於DC之電潤濕應用的電特性。另外，亦咸信外層132A之鑭系氧化物陶瓷組合物提供相較於與例如液體106、108之液體接觸的絕緣特徵之比較外聚合物疏水層而言的優越防刮性及防UV性。
現參考第2A圖及第2B圖，提供根據本揭示內容之一些實施例的比較氧化鋁(Al2 O3 )及諸如用於第1A圖及第1B圖中描繪的液體透鏡100之絕緣外層132A的基於鑭系之氧化物陶瓷的電子相互作用及疏水性質的示意性比較。如第2A圖所示，Al2 O3 之3p軌域沒有電子，從而有助於其親水性，使得其不適於用作絕緣外層132A。相對比而言，在不藉由理論約束的情況下，咸信其中Y為鑭系元素的鑭系氧化物(Y2 O3 )之電子填充的外軌域5s2 p6 有助於其疏水性且有利地用作用於絕緣外層132A之組合物。
現參考第3圖，根據本揭示內容之一些實施例，液體透鏡配置之電潤濕曲線(例如，相較於第1B圖之液體透鏡100配置而言)具備絕緣元件，該絕緣元件具有：聚對二甲苯C基底層，其具有約5微米之厚度；及氧化鈰絕緣外層，其具有約0.5微米之厚度。更特定而言，第3圖中之曲線係藉由利用氯化鈣水溶液之第一液體及溴十二烷之第二液體製備原型液體透鏡配置來產生。約20°之初始接觸角係在0 V之驅動電壓下量測，且約95°之最大接觸角係在70 V之驅動電壓下量測。在回到0 V時，觀察到小於3°之滯後。
現參考第4圖，根據本揭示內容之一些實施例，提供具有絕緣元件之液體透鏡配置(例如，相較於第1B圖之液體透鏡100配置而言)的對電壓的光學反應之圖表，該絕緣元件具有：聚對二甲苯C基底層，其具有約5微米之厚度；及氧化鈰絕緣外層，其具有約0.5微米之厚度。更特定而言，第4圖中之曲線係藉由利用氯化鈣水溶液之第一液體及溴十二烷之第二液體製備原型液體透鏡配置來產生。約20°之初始接觸角係在0 V之驅動電壓下量測，且約95°之最大接觸角係在70 V之驅動電壓下量測。如自第4圖明顯的，此液體透鏡配置示範在2D至+ 10D之屈光度範圍內的約1.3屈光度(D)之最大滯後。
現參考第5A圖及第5B圖，提供根據溶膠凝膠製程產生的氧化鈰層之表面的一組電子束顯微照片(第5A圖)及根據物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)製程產生的氧化鈰層(例如，適於用作絕緣外層132A)之表面的一組電子束顯微照片(第5B圖)。如自該些圖式明顯的，利用PVD製程產生的氧化鈰層之表面粗糙度(例如，如ISO 25178，即Geometric Product Specifications (GPS)-Surface texture : areal中所描述來測定的Ra表面粗糙度)比利用溶膠凝膠製程產生的氧化鈰層之表面粗糙度顯著更低(亦即，具有平均最大高度小於10微米之特徵)。因而，氧化鈰層之處理歷史可顯著地影響該些層之表面粗糙度。進一步地，已經由該些樣本之電潤濕研究觀察到，藉由溶膠凝膠製程產生的氧化鈰層不展現適於本揭示內容之液體透鏡100 (參見第1A圖及第1B圖)的所需疏水性。對比而言，藉由PVD製程產生的氧化鈰層展現適於本揭示內容之液體透鏡100 (參見第1A圖及第1B圖)的所需疏水性。
雖然示範性實施例及實例已出於說明目的加以闡述，但前述描述不意欲以任何方式限制本揭示內容及隨附申請專利範圍之範疇。因此，在實質上不脫離本揭示內容之精神及各種原理的情況下，可對上文描述的實施例及實例做出變化及修改。所有此種修改及變化意欲在本文中包括於本揭示內容之範疇內且由隨附申請專利範圍保護。
100‧‧‧液體透鏡
102‧‧‧透鏡主體
104‧‧‧空腔
104A‧‧‧第一部分
104B‧‧‧第二部分
105A‧‧‧窄端部
105B‧‧‧寬端部
106‧‧‧第一液體
108‧‧‧第二液體
110‧‧‧界面
112‧‧‧光軸
114‧‧‧第一窗口
116‧‧‧第二窗口
118‧‧‧第一外層
120‧‧‧中間層
122‧‧‧第二外層
124‧‧‧共同電極
126‧‧‧驅動電極
128‧‧‧導電層
130A‧‧‧刻畫部
132‧‧‧絕緣元件
132A‧‧‧絕緣外層
132B‧‧‧基底層
134A‧‧‧黏結部
134B‧‧‧黏接部
134C‧‧‧黏接部
以下為隨附圖式中之圖的描述。該等圖未必按比例繪製，且該等圖之某些特徵及某些視圖可在比例上或示意性地誇大展示以達清晰性及簡潔性。
在圖式中：
第1A圖為液體透鏡之一些實施例的示意性橫截面視圖。
第1B圖為液體透鏡之一些實施例的示意性橫截面視圖。
第2A圖及第2B圖提供根據本揭示內容之一些實施例的比較氧化鋁及基於鑭系之陶瓷的電子相互作用及疏水性性質的示意比較。
第3圖為根據本揭示內容之一些實施例的具有絕緣元件之液體透鏡配置之電子潤濕曲線，該絕緣元件具有聚對二甲苯基基底層及氧化鈰絕緣外層。
第4圖為根據本揭示內容之一些實施例的具有絕緣元件之液體透鏡配置的對電壓的光學反應之圖表，該絕緣元件具有聚對二甲苯基底層及氧化鈰絕緣外層。
第5A圖為根據溶膠-凝膠製程產生的氧化鈰層之表面的一組電子束顯微照片；及
第5B圖為根據物理氣相沉積 (physical vapor deposition; PVD)製程產生的氧化鈰層之表面的一組電子束顯微照片。
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無
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無

Claims (18)

  1. 一種液體透鏡，其包含： 一第一窗口、一第二窗口、及安置在該第一窗口與該第二窗口之間的一空腔；安置在該空腔內的一第一液體及一第二液體，該第一液體及該第二液體實質上彼此不可混溶且具有不同的折射率以使得該第一液體與該第二液體之間的一界面界定一可變透鏡；與該第一液體電通訊的一共同電極；及一驅動電極，其安置於該空腔之一側壁上且藉由一絕緣元件與該第一液體及該第二液體絕緣，其中該絕緣元件包含與該等液體接觸的一絕緣外層，該絕緣外層包含一鑭系氧化物。
  2. 如請求項1所述之透鏡，其中該絕緣外層包含CeO2 。
  3. 如請求項1或請求項2所述之透鏡，其中該絕緣元件進一步包含在該絕緣外層與該驅動電極之間的一基底層。
  4. 如請求項3所述之透鏡，其中該基底層具有約1微米至10微米之一厚度且該絕緣外層具有約0.05微米至約0.4微米之一厚度。
  5. 如請求項3或請求項4所述之透鏡，其中該基底層包含一聚對二甲苯材料。
  6. 如請求項1-5中任一項所述之透鏡，其中該絕緣外層係藉由一表面粗糙度表徵，該表面粗糙度指示一物理氣相沉積製程，其具有一平均最大高度為小於10微米之特徵。
  7. 一種液體透鏡，其包含： 一第一窗口、一第二窗口、及安置在該第一窗口與該第二窗口之間的一空腔；安置在該空腔內的一第一液體及一第二液體，該第一液體及該第二液體實質上彼此不可混溶且具有不同的折射率以使得該第一液體與該第二液體之間的一界面界定一可變透鏡；與該第一液體電通訊的一共同電極；及一驅動電極，其安置於該空腔之一側壁上且藉由一絕緣元件與該第一液體及該第二液體絕緣，其中該絕緣元件包含與該等液體接觸的一絕緣外層，該絕緣外層包含一鑭系氧化物，且進一步地，其中該透鏡在將0 V至一最大驅動電壓、繼之以回到0 V的一驅動電壓連續施加至該驅動電極時展現不大於3°之一接觸角滯後。
  8. 如請求項7所述之透鏡，其中該絕緣外層包含CeO2 。
  9. 如請求項7或請求項8所述之透鏡，其中該絕緣元件進一步包含在該絕緣外層與該驅動電極之間的一基底層。
  10. 如請求項9所述之透鏡，其中該基底層具有約1微米至10微米之一厚度且該絕緣外層具有約0.05微米至約0.4微米之一厚度。
  11. 如請求項9或請求項10所述之透鏡，其中該基底層包含一聚對二甲苯材料。
  12. 如請求項7-11中任一項所述之透鏡，其中該絕緣外層係藉由一表面粗糙度表徵，該表面粗糙度指示一物理氣相沉積製程，其具有一平均最大高度為小於10微米之特徵。
  13. 一種液體透鏡，其包含： 一第一窗口、一第二窗口、及安置在該第一窗口與該第二窗口之間的一空腔；安置在該空腔內的一第一液體及一第二液體，該第一液體及該第二液體實質上彼此不可混溶且具有不同的折射率以使得該第一液體與該第二液體之間的一界面界定一可變透鏡；與該第一液體電通訊的一共同電極；及 一驅動電極，其安置於該空腔之一側壁上且藉由一絕緣元件與該第一液體及該第二液體絕緣，其中該絕緣元件包含與該等液體接觸的一絕緣外層，該絕緣外層包含一鑭系氧化物，其中該透鏡在將0 V至一最大驅動電壓、繼之以回到0 V的一驅動電壓連續施加至該驅動電極時展現不大於3°之一接觸角滯後，且其中在該絕緣層經受一熱老化方案之後進行該驅動電壓之該連續施加，該熱老化方案包含在85℃下與去離子水接觸一週。
  14. 如請求項13所述之透鏡，其中該絕緣外層包含CeO2 。
  15. 如請求項13或請求項14所述之透鏡，其中該絕緣元件進一步包含在該絕緣外層與該驅動電極之間的一基底層。
  16. 如請求項15所述之透鏡，其中該基底層具有約1微米至10微米之一厚度且該絕緣外層具有約0.05微米至約0.4微米之一厚度。
  17. 如請求項15或請求項16所述之透鏡，其中該基底層包含一聚對二甲苯材料。
  18. 如請求項13-17中任一項所述之透鏡，其中該絕緣外層係藉由一表面粗糙度表徵，該表面粗糙度指示一物理氣相沉積製程，其具有一平均最大高度為小於10微米之特徵。
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