TWI336788B - - Google Patents

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1336788 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種利用電潤濕效應（電毛細管現象）之光 學元件及透鏡陣列。 【先前技術】

• V 近年來，正在推進利用電潤濕效應之光學元件之開發。 ^ 電潤濕效應係指，當向具有導電性之液體與電極之間施加 電壓時，電極表面與液體之固液界面上的能量發生變化， 從而液體表面之形狀發生變化之現象。 圖12之A、圖12之B係說明電潤濕效應之原理圖。 如圓12之A所示’於電極1之表面形成有絕緣膜2,於該 絕緣膜2上放置有電解液之液滴3。絕緣膜2之表面預先實 施過防水處理，於圖12之A所示之無電壓狀態下，絕緣膜2 之表面與液滴3之間的相互作用能量較低，接觸角θ 〇較 大。此處’接觸角Θ0係絕緣膜2表面與液滴3之正切線之間 φ 的角度’其取決於液滴3之表面張力或絕緣膜2之表面能量 等性質。 另一方面，如圖12之Β所示，當於電極丨與液滴3之間施 加特定電壓時，於界面上形成由電極1側之自由電子與液 滴3側之電解質離子所構成之電荷雙重層，引起液滴3之表 面張力的變化。該現象為電潤濕效應，液滴3之接觸角根 據施加電壓之大小而變化。亦即，於圖12之8中，接觸角 θν作為電壓V之函數而以下述式（1)來表示。 [數1] 116527.doc 1336788 ★ cos0v = cos9〇 + --〇ε V2 ...ή) yLG:電解液之表面張力 e :絕緣膜之膜厚 ε :絕緣膜之介電常數 ε〇:真空之介電常數 如上所述，液滴3之表面形狀（曲率）根據施加於電極1與 液滴3之間的電壓V之大小而變化。因此，當將液滴3用作 透鏡元件時，可實現能電性控制焦點位置之光學元件。 於是，正在推進使用如上所述之光學元件的光學裝置之 開發。例如於日本專利特開2000-356708號公報中，提出 有用於閃控裝置之透鏡陣列。其係於基板表面之防水膜上 封入配置成陣列狀之絕緣性液體之液滴及導電性液體而構 成可變焦透鏡者。於該結構中，由絕緣性液體與導電性液 體之間之界面形狀而形成各透鏡，利用電潤濕效應電性控 制各個透鏡之形狀而使焦距發生變化。 然而，於此種光學元件中，難以於電壓之施加前後始終 保持各個透鏡之光軸為固定，因而確立提高透鏡之定心性 之技術成為重要課題。因此，例如於國際公開第99/1 8456 號手冊中揭示有如圖13所示之結構。 於圖13中，於下部透明基板5上經由電極層6而形成有絕 緣層7，於該絕緣層7之平坦表面上對向配置有上部透明基 板S。於絕緣層7與上部透明基板8之間，分別封入有具有 H6527.doc f1336788 導電性之透明的第1液體9、及具有絕緣性之透明的第2液 體、第2液幾9、10具有各不相同之折射率並且 具有彼此相等之比重，且並不彼此混合而獨立存在。絕緣 層7表面之中央部形成防水面u，第2液體（液滴於該絕 緣層7表面之防水面U上潤開，構成於光軸13上具有頂點 之凸狀透鏡元件。另一方面，包圍絕緣層7表面之防水面 11之區域由親水膜12所覆蓋，且與第丨液體9相接。 於如此之結構的光學元件中，在電極層6與第丨液體9之 間未施加有電壓之狀態下，第〗液體9與第2液體1〇之間之 界面形狀如圖13申之實線所示，第2液體1〇於絕緣層7表面 之防水面11上潤開。在該狀態下，當向電極層6與第丨液體 9之間施加電壓時，由於電潤濕效應，第i液體9自防水面 11之周圍浸入防水面11内。藉此，第】液體9與第2液體10 之間之界面形狀例如以圖13中之虛線所示之方式發生變 化。如此，與電壓未施加狀態相比較，在電壓施加狀態 下’第1'第2液體9、10之間之界面之曲率變大’因此可 使電壓施加狀態下之焦距短於電壓未施加狀態下之焦距。 並且’於圖13之結構中，為在電壓未施加狀態與電壓施 加狀態下抑制構成透鏡元件之液滴丨0之光軸偏移（偏心）， 以使電極層6與絕緣層7表面之間的距離在液滴1 〇之中央側 下方位置處長於在液滴1〇之周圍下方位置處之方式，使電 極層6形成為凹狀。藉此，使電極層6與絕緣層7表面之間 具有電位分佈，從而易於使液滴1〇在電壓施加時以光轴13 為中心移動。

116527.doc 1336788 液滴10之移動特性較大地取決於絕緣層7表面之防水區 域與親水區域之圖案化精度。然而，難以高精度地進行該 圖案化，而於各透鏡元件中出現不均之情形較多。因此， 有以下問題：於將各透鏡元件排列成陣列狀時，各透鏡元 件中光軸不穩定而特性不均。 另一方面’例如於日本專利特表2〇〇2·54〇464號公報 中，揭示有下述者··如圖14所示，於絕緣層7上形成圓錐 狀凹處（凹部）15，並將液滴1〇收納於該凹處15中而構成有 透鏡元件。於此情形時，凹處15，在液滴1〇與凹處15接觸 之邊界之點（CP1)上，以具備小於以表面之該點及其對稱 點（CP2)二者接觸於凹處15之表面的圓（TC)之曲率、或者 與其相反之曲率之方式形成於該位置上。如此，藉由將液 滴10收納於凹處15中而提高液滴1〇之定心性，從而抑制光 軸之偏移（偏心）。 然而，於圖14所示之日本專利特表2〇〇2_54〇464號公報 中所揭示之結構中有以下問題：難以使凹處15形成為特定 之圓錐狀，因細微之加工誤差亦會導致透鏡之光軸不均。 其亦可此成為電壓驅動時之液滴10偏心之原因。進而，當 構成透鏡陣列時必須實現透鏡之小徑化，但存在非常難以 精細且向精度地形成上述結構之凹處1 5之問題。 本發明係有鑒於上述問題而開發者，其課題在於提供一 種製作容易且可進行精細加工，並且可抑制因加工精度引 起之光軸之不均及電壓驅動時之液滴之偏心的光學元件及 透鏡陣列。 116527.doc 1336788 【發明内容】 為解決以上問題，本發明之光學元件係將液滴收納於密 閉性之單疋内部而形成者，於單元之内部形成有收納上述 液滴之角錐狀凹部。

於本發明中，藉由將收納液滴之凹部形成為角錐狀，可 提高收納於該凹部中之液滴之定心性，可抑制由液滴所形 成之透鏡7L件之光軸偏差。又，可穩定地保持光軸，防止 電壓驅動時之液滴之偏心。再者，與該凹部為圓錐狀之情 形相比較’易於製作’且亦可進行凹部之精細加工。 藉由一次兀地排列複數個該凹部，可構成透鏡陣列。尤 其於本發明中’凹部形成為角錐狀，it而可於面内稠密地 排列凹部’整個透鏡陣列可確保有效面積較大之透鏡面。

凹部可形成為四角錐或四角錐台狀，但並不限定於此， :適用二角錐、六角錐或該等之角錐台狀。再者，此處所 謂之角錐台狀中包含凹部之開口侧面積大於底部之倒角錐 狀及凹部之開口側面積小於底部之角錐狀。 w…印丨叫 < 欣种月0J貫際上分 同’亦可為一部分不同傾斜角之傾斜面。又，例如者 為四角錐台狀時’該四角形並不限定於正方形，亦； 方形或平行四邊形。 =成角錐狀凹部之方法，例如，較好的是她 基板或金屬板表面之各向異性濕式姓刻，藉此可, 且適當地對凹部之各周面賦予特定之傾斜角。再者 限定於此’亦可使用乾式钱刻製程或雷射加工法。 I16527.doc 1336788 又，本發明之單元具有：一對透明基板；液室，其形成 於該等一對透明基板之間；第丨、第2液體，其等填充於該 液室中，且折射率互不相同；及電極層’其配置於.液室 内，且表面由絕緣膜所包覆。第丨液體為導電性，第2液體 ^ 為絕緣性’並且並不彼此混合而存在於液室内。而且，上 . 述凹部形成於電極層之面内’並且於該凹部中收納有第 1、第2液體之任一方。 # 由於第第2液體之折射率互不相同’故該等第】、第2 液體之間之界面作為透鏡面而發揮功能。透鏡面之形狀由 第1、第2液體各自之體積及界面張力等來決定，藉由利用 電潤濕效應，可使該透鏡面之形狀變化。作為導電性之第 1液體，例如可使用電解液，作為絕緣性之第2液體，例如 可使用矽油。於角錐狀之凹部中例如收納包含第2液體之 液滴。 於上述例中，角錐狀之凹部可包含：角錐狀之貫通孔， • 其形成於第1電極層之表面；及第1透明基板，其接合於第 I電極層一方之面，且阻塞上述貫通孔之一端。作為第！電 極層，例如可使用單晶矽基板。包含該凹部之第丨電極層 之表面由絕緣膜所包覆。第i電極層經由形成為包圍上述 凹部之形狀之密閉層而與第2透明基板相對向。由該等第！ 電極層及第2透明基板可構成本發明之上述單元。於單元 之内部封入上述第1、第2液體，並將具有絕緣性之第2液 體收納於凹部之内部。於第丨電極層與第2透明基板之間， 設置與導電性之第1液體相接觸之第2電極層。作為該第2 5 > 116527.doc -10· 1336788 電極層，可為形成於第2透明基板之内面側之透明電極 層。 如上所述，根據本發明之光學元件，可容易且精細地製 作包含封入密閉性單元内之第1、第2液體的透鏡元件，並 且可抑制因加工精度引起之透鏡光轴之偏差β又，可防止 電壓驅動時之液滴之偏心。 又’根據本發明之透鏡陣列，可減少隔開透鏡之隔壁面 積’故可增加透鏡之有效面積。 【實施方式】 以下參照圖式’就本發明之實施形態進行說明。 (第1實施形態） 圖1係表示本發明第1實施形態之光學元件2〇之概略結構 之側刮面圖。本實施形態之光學元件2〇，係於形成於密閉 性單元30内部之液室27中收納有第i液體31及第2液體32而 形成，且藉由該等第1液體31與第2液體32之界面33而構成 形成透鏡面之液體透鏡元件。 作為第1液體3】，可使用具有導電性之透明液體，例如 可使用水、電解液（氣化鉀、氣化鈉或氣化鋰等電解質之 水溶液）、分子量較小之甲醇、乙醇等醇類、常溫溶融鹽 (離子性液體）等有極性液體。 作為第2液體32，可使用具有絕緣性之透明液體，例如 可使用癸烷、十二烷、十六烷或十一烷等烴系材料、矽 油 '氟系材料等無極性溶媒。 第1、第2液體31、32係選擇下述材料，即，具有各不相 I16527.doc 1336788 同之折射#，並且能以並不彼此混合之方式存在於液室η 中。具體而言’於本實施形態中，作為第丨液體31，可使 用氣化鋰水溶液（濃度3.66 wt%、折射率1.34)，作為第2液 體32，可使用矽油（GE東芝矽膠公司製造2Tsf437、折射 率1.49)。又，較好的是，第！、第2液體31 ' 32之比重彼此 相等❶ 再者於以下說明中，將「第1液體」稱為電解液31， 將「第2液體」稱為液滴32。 接著，說明單元3〇之結構。 單元30具備上下一對透明基板23、24。於作為第1透明 基板之下部透明基板23之内面側接合有第1電極層21，於 作為第2透明基板之上部透明基板24之内面側接合有第2電 極層22。繼而，將該等第i、第2電極層21、22經由密閉層 25而相互黏合，藉此構成於内部具有液室27之單元。 又，於圖示之例中，於下部透明基板23之外面側接合有形 成有透光孔29a之支持板29。 一對透明基板23、24可由玻璃基板或非導電性塑料基 板、薄膜或薄板等所構成。密閉層25可由橡膠或樹脂材料 等可確保液密性之材料所構成。又，電極層21、22可由金 屬、導電性氧化物、半導體材料等所構成。 於第1電極層21上形成有倒四角錐狀之貫通孔213,於第 2電極層22上形成有具有與貫通孔2〗a之大徑部相等之開口 徑的開口 22a。該等貫通孔2〗a、開口 22a以及支持板29之 透光孔29a分別排列於光軸35上，作為透過單元3〇之光之 116527.doc 12 1336788 入射口或出射口 β ;本實施形態中，第1電極層2 1係使用單晶石夕基板。對 於單晶矽基板，使用添加有必要量之為獲得特定之導電性 所必須之摻雜劑（雜質離子）的]^型基板或ρ型基板。再者， 視方法等亦可使用非摻雜型之單晶矽基板。 作為對第1電極層21形成倒四角錐狀之貫通孔21a之方 法’較好的是各向異性濕式钱刻法。當使用石夕等之單晶石夕 • 基板作為第1電極層21時，會產生取決於結晶方位之蝕刻 選擇。藉此，可以具有特定傾斜角之傾斜面（錐形面）而 容易地形成貫通孔21a之各内周面。又，由於貫通孔2la之 内周面為結晶面，故而平坦性優良。因此，可使電解液Μ 利用電潤濕效應而順滑地移動，從而易於使界面W之形狀 發生變化。 於本實施形態中，如圖2中模式性所示，將矽基板之 (100)面作為被加工面，形成具有包含傾斜角0為55。之傾斜 鲁面（{111}面）的内周面的倒四角錐狀之貫通孔21a。貫通孔 21a並不限定於正四角錐狀，亦可為平面觀察為長方形之 形狀《再者，圖2中符號36為光罩圖案。 第1電極層21之包含貫通孔21a之整個表面肖由絕緣膜％ 所包覆。絕緣膜26只要是具有絕賴之物質，則無特別限 疋，較好的是選擇介電常數相對較高之物質。又為獲得 相對較大電容，較好的是絕緣膜26之膜厚較薄，但必須為 可確保絕緣強度之膜厚以上。作為介電常數相對較高之材 料，例如可列舉氧化包、氧化欽等金屬氧化物，當然並不 116527.doc 1336788 限定於此。絕緣膜26之形成方法亦無特別限制，除了濺鍍 法、CVD(chemicaI vapor deposition，化學氣相沈積）法、 蒸鍍法等真空薄膜形成方法以外，亦可採用電鍍法、電塗 法、塗佈法、浸潰法等各種塗佈方法。再者，絕緣膜可 至少形成於第1電極層21之内面側。 又，較好的是，絕緣膜26於液滴32所接觸之貫通孔21a 之内周區域具有防水性。作為防水膜之形成方法，例如可 列舉利用CVD法使聚對二曱苯成膜之方法、將作為氟系聚 合物之PVdF或PTFE等材料塗佈於電極層表面之方法等。 又，亦可以組合有複數層高介電常數材料及防水性材料之 積層構造而構成絕緣膜26。 再者，針對第1電極層21形成貫通孔21a之方法並不限定 於上述示例’例如可適用雷射加工法或切削及其他機械加 工法。又，亦可利用與上述示例相同之方法針對第2電極 層22形成開口 22a。 液室27係由藉由第1電極層21之貫通孔21 a及下部透明基 板23所形成之凹部28之内部空間、第2電極層22之開口部 22a之内部空間、以及第1電極層21與第2電極層22之間隙 (相當於密閉層25之厚度）所形成。液室27之整個容積由電 解液31及液滴32所佔據。電解液31與第2電極層22相接 觸，液滴32收納於凹部28之内部。 於第1電極層21與第2電極層22之間設置有電壓供給源 34。電解液31與液滴32之界面33之形狀為球面或非球面形 狀’其曲率根據由電壓供給源34所供給之電壓大小而變 116527.doc 1336788 化。而且，界面33構成具有對應於電解液31與液滴32之折 射率差的透鏡光學能之透鏡面。因此，藉由調整施加於第 1電極層21與電解液31之間之電壓的大小，可使沿光轴35 入射之光線之焦距發生變化。 圖3表示施加電壓與焦距之關係。於圖3中縱軸表示焦距 f之倒數，橫軸表示施加電壓。於電壓未施加狀態（V = 〇) 下’液滴32如圖1中一點鏈線所示般於凹部28之内周面潤 開’且與電解液31之界面33A成為向下部透明基板23側凸 出之凹透鏡形狀而平衡。因此，具有該形狀之界面33A的 光學元件20於下部透明基板23側具有焦點，自下部透明基 板23側入射至單元30内之光線LA如圖1所示般發散而出 射。 其次，當開始向第1電極層2 1與電解液3 1之間施加電壓 時，引起電解液31基於電潤濕效應而向凹部28内之移動。 自電壓施加開始起至特定電壓VI為止之範圍内，未發現電 解液3 1有顯著之移動，因此’電解液3丨與液滴32之間之界 面33A之形狀的變化較少。 當施加電壓之大小超過VI時，電解液31相對於凹部28之 内周面的潤濕性增高，開始自凹部28之周緣浸入凹部28之 内側。其結果為’電解液31與液滴32之界面33曲率變小， 於施加電壓V2下，界面形狀呈平坦狀。於該狀態下，並無 界面33之透鏡效果，焦距為無限大（1/f==〇)。 當進一步增大施加電壓時’電解液31向凹部28内之侵蝕 區域增大，電界液31與液滴32之界面33B之形狀如圖1中實 H6527.doc < 5 > •15· I336788 線所示般呈向上部透明基板24側凸出之凸透鏡形狀。當自 該狀態起進一步增大施加電壓時，該凸透鏡形狀之界面33 之曲率進一步增大’獲得如圖1中虛線所示之形狀之界面 33C。透過具有該凸透鏡形狀之界面33Β、33C之光學元件 20的光LB、LC於上部透明基板24側具有焦點，並且透過 界面33C之透鏡形狀的光LC的焦距短於透過界面33Β之透 鏡形狀的光LB的焦距。藉此，本實施形態之光學元件2〇作 為可利用施加電壓之大小來調整焦距之可變焦透鏡而發揮 功能。 而且，於以上述方式構成之本實施形態之光學元件2〇 中，用以收納液滴32之凹部28之形狀形成為角錐狀，故可 提高收納於該凹部28中之液滴32之定心性。藉此，可穩定 地保持液滴32之光軸，可防止電壓驅動時之液滴32之偏 心 〇 尤其，於本實施形態中，構成凹部28之内周面的絕緣膜 之基底係由第1電極層21所構成，故其可發揮於電壓施加 時使電解液3 1沿凹部28之周面移動之引導功能，大為有利 於提向液滴3 2之定心性。 又，凹部28係由形成於第1電極層21之表面上的蝕刻加 工痕跡所構成，故可容易且高精度地形成凹部。藉此，可 抑制因加工誤差引起之光軸之不均。 進而’藉由將凹部28構成為角錐狀，收納於凹部28中之 液滴32與電解液31之間之界面形狀於凹部28之周緣附近可 實現非球面形狀。因此’本實施形態之光學元件2〇例如可 -16- 116527.doc 1336788 用作相機之畸變像差（桶形像差、枕形像差）修正等的非球 面透鏡元件。作為畸變像差之示例，有桶形像差及枕形像 差等。 (第2實施形態） 繼而’說明本發明之第2實施形態。圖4及圖5表示具備 本發明之光學元件之透鏡陣列4〇之概略結構。此處，圖4 係透鏡陣列40之分解立體圖，圖5係透鏡陣列4〇之概略側 剖面圖。 透鏡陣列40係藉由呈二次元狀排列複數個上述第1實施 形態中所說明之光學元件（液體透鏡元件）而構成。再者， 為便於說明，於圖5之剖面圖中表示有將2個液體透鏡元件 並列配置於單元5 0之示例。 本實施形態之透鏡陣列40具備：作為第！電極層之矽基 板4 1 ;上部透明基板44，其經由密封環45而貼合於該矽基 板41上，以及筐趙49，其用以收納石夕基板41。 矽基板41具有矩形狀，於其面内呈二次元狀形成有複數 個倒四角錐狀之貫通孔4ia。於石夕基板41與上部透明基板 44之間形成有液室47，該液室47係由包含具有導電性之第 1液體的電解液5 1以及包含具有絕緣性之第2液體的液滴5 2 所填充。於矽基板41之下表面接合有下部透明基板杓，貫 通孔41a之底部由該下部透明基板43所阻塞，藉此於液室 47内形成有呈二次元狀排列之複數個凹部48。 矽基板41表面之包含凹部48之區域由絕緣膜扑所包覆。 作為絕緣膜46，於本實施形態中係使用防水性之聚對二甲 116527.doc 於液室47中，於各個凹部48之内部收納有液滴52，剩餘 區域則由電解液5 1所填滿。電解液5丨及液滴52具有相等之 比重，並且並不彼此混合而存在於液室47内，藉此於該等 之間形成有球面或非球面形狀之界面53。而且，電解液51 及液滴52具有互不相同之折射率，從而構成於界面53上具 有對應於折射率差的透鏡光學能之透鏡元件。 於上部透明基板44之内面，形成有作為第2電極層之透 明電極膜42。透明電極膜42例如係由IT〇(Indium Tin

Oxide，氧化銦錫）、iz〇(Indium Zinc Oxide，氧化銦辞）等 透明之導電性金屬氧化物所構成。於透明電極膜42上，經 由導電膏或各向異性導電薄膜等而接著有連接於電壓供給 源54之其中一個端子的配線構件55。配線構件55，例如可 使用可撓性配線基板等。 液室47内之電解液51與該透明電極膜42相接觸，可隔著 絕緣膜46向矽基板41與電解液51之間施加電壓。界面”之 形狀根據向矽基板41與電解液51之間施加之電壓之大小而 變化β因此，藉由調整該電壓之大小，可控制透鏡元件之 焦距。 逵體49例如係由塑料材料等絕緣性材料所形成，於上表 面及下表面具有開口。筐體49之上緣經由紫外線硬化接著 劑等接著劑56而接著於上部透明基板44之下表面周緣部。 筐體49之下端向内侧彎曲而形成，且藉由斂合、接著等方 法而於其緣部安裝有金屬電極57 ^金屬電極57由銅板等金 116527.doc 1336788 屬板所形成’且連接於電壓供給源54之另一個端子。又， 金屬電極57接合於矽基板41之下表面所形成之接觸電極 58 〇 於以上述方式構成之本實施形態之透鏡陣列4〇中，根據 知加於石夕基板與透明電極膜42之間之電壓之大小，可使 . 收納於各凹部48之内部的液滴52與電解液51之界面53之形 狀同時變化。藉此，可構成薄板狀之液體透鏡元件，例如 φ 可用作相機之閃光燈裝置等面發光光源用可變焦元件。 尤其，於本實施形態中，由於用以收納液滴52之凹部48 之形狀為四角錐狀，故可於矽基板41之表面稠密地配置凹 部48，可減少用以隔開透鏡之隔壁面積。藉此，可確保整 個透鏡陣列之有效面積較大之透鏡面。 其次，說明以上述方式構成之透鏡陣列4〇之製造方法。 圖6及圖7係說明透鏡陣列4〇之製造方法之步驟剖面圖。 [接觸電極形成步驟] 泰首先，如圖6之Α所示，於矽基板41之其中一個面（下表 面）上形成接觸電極58。矽基板41之下表面為接合下部透 明基板43之面，形成有卩或&等之薄臈作為密著層。接觸 電極观形成上述密著層之後，利用真空蒸鑛法等對_ Au等表面穩定之金屬薄膜進行圖案形成。 為與安裝於筐體49下緣之金屬電極57進行接觸導通，較 好的是接觸電極58形成得較厚。因此，可於形成^或八^^等 之金屬薄膜後’藉由於表面形成電鍍臈而加厚接觸電極 58 0 -19- 116527.doc 1336788 又，接觸電極58亦可於切割矽基板41時用作表示切斷位 置之定位標記。於此情形時，可如圖所示，以成為夾著切 塊機（切割鋸）之雙重線之方式形成接觸電極58。又，接觸 電極58亦可於下文將述之絕緣膜形成步驟中用於識別絕緣 膜之非形成面。 [下部透明基板接合步驟] 繼而’如圖6之B所示，進行於矽基板41之下表面接合下 部透明基板43之步驟。下部透明基板43係由玻璃基板所構 成°作為玻璃基板’較好的是以Pyrex玻璃（「Pyrex」為註 冊商標）為代表之硼矽酸玻璃等低膨張係數之玻璃基板。 又’蝴石夕酸玻璃由於軟化點低’故可陽極接合於矽基板 41，從而獲得良好之密著性。 再者’作為矽基板41與下部透明基板43之接合方法，亦 可採用將低融點玻璃用作接著劑而進行接合之方法、或藉 由電漿照射使表面活化而進行接合之方法等。對於樹脂之 接著劑而言’只要是不會被電解液51或液滴52侵蝕者，則 均可使用。 [凹部形成步驟] 其次，如圖6之C所示，進行利用各向異性濕式蝕刻法而 對石夕晶圓41形成角錐狀凹部之步驟。 於形成凹部48時，於石夕基板41之另一個面（上表面）上， 預先形成凹部48之形成位置已開口之光罩圖案。作為蝕刻 液，例如使用KOH(氫氧化鉀）溶液，此情形時之光罩圖案 可適用氮化矽膜。再者，蝕刻液並不限定於此，可使用矽 I16527.doc •20· (5 > 1336788 板之各向異性濕式飯刻時所使用之驗性溶液，亦可根據 溶液之種類而選擇光罩材料。 藉由適當選擇矽基板之結晶方位面，形成將四角錐倒轉 之倒四角錐狀之凹部48。蝕刻液貫通矽基板4丨，於下部透 明基板43之表面處結束蝕刻。藉此，凹部48之底面成為玻 璃窗，成為透鏡元件之開口面。藉由提高光罩圖案之精 度，可形成各個透鏡之間的不均較少之透鏡陣列。又，由 % 於係於在矽基板41之下表面接合有下部透明基板43之狀態 下形成凹部48，因此凹部48之底部變得平坦，從而可形成 像差較小之透鏡元件。 [切割步驟] 繼而，如圖6之D所示，進行將矽基板41單片化之切割步 驟。於切割步驟中，係於接觸電極58之間進行切割，該接 觸電極58係於矽基板4 !之下表面空開特定間隔而呈雙重線 狀形成的。 • [絕緣膜形成步驟] 其次，如圖7之E所示，進行於單片化之矽基板41之上表 面形成絕緣臈46之步驟。絕緣膜46亦可形成於凹部48之表 面，該凹部48形成於矽基板41上。作為絕緣膜46 ,由於係 成臈於階差較多之面上，故而適用包覆性優良之材料。於 本實施形態中，採用利用真空蒸鍍而使具有防水性之聚對 二甲苯成膜之方法。 透鏡元件之驅動電壓較大取決於該絕緣膜46之膜厚。亦 即’絕緣膜46之膜厚越小，電解液5〗與矽基板41之間之電 116527.doc < S > 1336788 ”越大從而可降低透鏡元件之驅動電壓。由於凹部48係 藉由針對矽基板41之各向異性濕式蝕刻而形成，故凹部48 、之内周面可實現奈米級之平坦化。因此，可高精度 地控制絕緣膜46之膜厚，使得絕緣膜46之薄膜化亦較容 易。於本例中，將絕緣膜46之膜厚設為約3 μπ1。 [液注入步驟j 其次，如圖7之F所示，於矽基板41之上表面配置密封環 45。密封環45例如包含橡膠製之〇型環，且貼附於矽基板 41上之包圍凹部48之形成區域之周緣區域。其後，於密封 環45之内周側空間部中注入電解液51及液滴52。液滴^收 納於各凹部48之内部，電解液51填充於凹部48之上部空間 内。 作為將液滴52注入凹部48之方法，有：於利用電解液51 填滿密封環45之内周侧空間部之後，將喷嘴前端浸潰於電 解液51内而將液滴52滴入凹部48内之方法；以及於將液滴 52滴入凹部48内之後，自液滴52之上方注入電解液51之方 法等。 [組裝步驟] 最後’如圖7之G所示’進行於矽基板41上貼附上部透明 基板44，並且將矽基板41收納於筐體49内，並將上Λ卩透明 基板44及筐體49接著固定之步驟。 於接著上部透明基板44與筐體49時，使用υν (Ultraviolet，紫外線）反應型接著劑56，自t* Α丄>。丨> 边明基板 44側進行UV照射而使其硬化。又，於接著上部透明美板 116527.doc •22- 丨:：S > 1336788 44與筐體49之間時，筐體49下端之金屬電極刃加壓接觸於 矽基板41下表面之接觸電極58，從而實現兩者之電性導 通。金屬電極57預先藉由斂合或接著等而與筐體49 一體 化。於接著上部透明基板44與筐體49之步驟中，調整兩者 之平行度而進行組裝。 又，於上部透明基板44上，經由導電性接著劑或各向異 性導電薄膜而接合有配線構件55，將形成於上部透明基板 44之内面側之透明電極膜42與配線構件55電性連接。再 者，取代安裝配線構件55，可直接將透明電極膜42用作端 子，亦可僅對透明電極膜42之伸出外部之部分進一步形成 金屬膜，並利用打線接合或焊接而形成配線。 本實施形態之透鏡陣列40係以上述方式而製造的。 根據本實施形態，與上述第】實施形態同樣，製作容易 且可進行精細加工，並且可抑制因加工精度引起之光軸之 不均以及電壓驅動時之液滴之偏心。又，由於可減小隔開 透鏡之隔壁面積’故可增加透鏡之有效面積。 尤其，由於係利用各向異性濕式蝕刻而形成矽基板41上 之凹部48，故可同時且高精度地形成複數個凹部48。又， 亦可容易地進行凹部48之精細加工。 又，由於可以高尺寸精度形成凹部48之錐狀内周面，故 可製作各個透鏡之液量、變形量、及其他光學特性之不均 非常小之透鏡陣列40。進而，藉由使矽基板41、一對透明 基板43、44等之構成材料較薄，可製作於組裝後外形亦非 常薄之透鏡陣列40。 116527,doc -23- 〈δ ) 1336788 以上，對本發明之各實施形態進行了說明，當然本發明 並不限定於該等實施形態’可根據本發明之技術思想進行 各種變形。 例如於以上各貫施形態中，對於密閉性單元3〇、5〇内之 部28、48内I納有包含纟有絕緣性之第2液體的液滴 32、52之示例進行了說明，但當然並不限定於此，亦可於 凹部28、48内I納包含具有冑電性之第1液體的液滴。 又’於以上各實施形態中，形成凹部28 48之錐狀内周 面的各傾斜面係以相同之傾斜角所形成，但亦可使一部分 傾斜面以與其他傾斜面不同之傾斜角而形成。例如於圖8 中表示有下述不例，即，與包含左右方向之傾斜角相同之 内周面的凹部28 A相鄰接，而設置有左右方向傾斜角不同 之兩種凹部28B、28C。如圖示之例般，藉由任意調整凹 部28之内周面之傾斜角，可任意調整液滴32之光軸。藉 此，例如可對透鏡陣列賦予光擴散功能。 又’凹部之形狀並不限定於上述倒四角錐狀，如圖9所 示’本發明亦可適用具有開口部面積小於底部面積之錐狀 方向之内周面的角錐狀凹部28D。於此情形時，液滴32之 透鏡面（界面）33之曲率大於上述實施形態之情形。 進而，凹部並不限定於四角錐狀，亦可為三角錐狀或六 角錐狀等其他角錐狀。圖10表示稠密配置有六角錐狀之凹 部2 8 E之示例。 進而又如圖11所示，亦可將凹部之開口形狀設成長方形 狀。於此情形時，可使收納於凹部28F内之液滴之透鏡面 H6527.doc -24-

1336788 形成為長邊方向與短邊方向上之曲率不同的圓柱 狀。該種透鏡例如可廣泛應用於照明光學系統、雷射< 機或光碟裝置等之光學系統中。 【圖式簡單說明】 圓1係表示本發明實施形態之光學元件之概略結構之側 剖面圖。

圖2係說明針對構成光學元件之矽基板形成角錐狀貫通 孔之方法之立體圖。 圖3係表示施加於光學元件之驅動電壓與焦距之關係之 特性圖。 圖4係表示本發明實施形態之透鏡陣列之概略結構之立 體分解圖。 圖5係透鏡陣列之主要部分侧剖面圖。 圖6A-D係說明透鏡陣列之製造方法之步驟剖面圖。 圖7E-G係說明透鏡陣列之製造方法之步驟剖面圖。 圖8係說明凹部形狀之變形例之主要部分剖面圖。 圖9係說明凹部形狀之其他變形例之主要部分剖面圖。 圖10係表示六角錐狀凹部之立體圖。 圖11係表示開口形狀為長方形狀之凹部之立體圖。 圖12A、12B係電潤濕效應（電毛細現象）之說明圖。 圖13係表示先前《光學^件之概略結構之主要部分剖面 圖。 圖14係表不先前之其他光學元件之概略結構之主要部分 剖面圖。 116527.doc -25· 11336788 【主要元件符號說明】 1 電極 2 ' 26 ' 46 絕緣膜 3、52 液滴 5、43 下部透明基板 6 電極層 7 絕緣層 8、44 上部透明基板 9 、 31 、 51 第1液體 10、32 第2液體 11 防水面 12 親水膜 13 ' 35 光轴 15 凹處 20 光學元件 21 第1電極層 21a、41a 貫通孔 22 第2電極層 22a 開口 23 ' 24 透明基板 25 密閉層 27 ' 47 液室 28、28A〜28F、48 凹部 29 支持板 116527.doc 26· 1336788

29a 透光孔 30 ' 50 單元 33、33A〜33C、53 界面 34、54 電壓供給源 36 光罩圖案 40 透鏡陣列 41 矽基板 42 透明電極膜 45 密封環 49 筐體 55 配線構件 56 接著劑 57 金屬電極 58 接觸電極 (100) 矽基板之面 {111} 傾斜面 CPI 液滴10與凹處15接觸之邊界之點 CP2 CP1之對稱點 LA 〜LC 光 TC 接觸於凹處15之表面的圓 V ' VI ' V2 電壓 Θ 傾斜角 Θ0、θν 接觸角 116527.doc 27 ·

Claims (1)

1336788 十、申請專利範圍： 1- 一種光學元件，其係將液滴收納於密閉性單元之内部而 形成者’其特徵在於： 於上述單元之内部形成有收納上述液滴之角錐狀凹 部。 2. 如請求項1之光學元件，其中 上述凹部具有四角錐台形狀。 3. 如請求項1之光學元件，其中 上述單元包含： 一對透明基板； 液室，其形成於該等一對透明基板之間； 第1、第2液體，其等填充於上述液室内，且折射率互 不相同；及 電極層’其配置於上述液室内，且表面由絕緣膜所包 覆； 上述第1液體為導電性，上述第2液體為絕緣性，並且 並不彼此混合地存在於上述液室内； 上述凹部形成於上述電極層之面内，並且於該凹部中 收納有上述第1、第2液體之任一方。 4.如請求項3之光學元件，其中 於上述一對透明基板中之隔著上述液室而與上述電極 層相對向之一側的透明基板上，形成有透明電極層。 5·如請求項3之光學元件，其中 上述第1液體與上述第2液體之間之界面為非球面形 116527.doc 1336788 狀。 6·如請求項3之光學元件，其中 上述電極層包含單晶矽基板； 上述凹部包含形成於該單晶矽基板表面之蝕刻加工痕 跡0 -» 7·如請求項1之光學元件，其中 * ^ 上述凹部之内周面為防水面。 馨 8.如請求項！之光學元件，其中 形成上述凹部之内周面之所有傾斜面實際上分別以相 同之傾斜角形成。 9. 如請求項1之光學元件，其中 形成上述凹部之内周面的一部分傾斜面以與其他傾斜 面不同之傾斜角形成。 10. —種光學元件’其特徵在於包含： 第1液體，其具有導電性； # 第2液體，其折射率與上述第1液體不同且其具有絕緣 性；及 在、閉性單元’其並不彼此混合地收納上述第1液體及 上述第2液體； 上述單元包含： 第1電極層，其形成有收納上述第2液體之角錐狀貫通 iL ，· 絕緣膜’其包覆上述第1電極層； 第1透明基板，其接合於上述第〗電極層一方之面，並 H6527.doc . 2 - 1336788 且阻塞上述貫通孔之一端； 第2透明基板，其經由密閉層而對向配置於上述第i電 極層另一方之面；及 第2電極層，其配置於上述第1電極層與上述第2透明 基板之間，並且與上述第1液體相接觸。 u.如請求項10之光學元件，其中 上述第2電極層為形成於上述第2透明基板上之透明電 極膜。 12. 如請求項10之光學元件，其中包含可於上述第丨電極層 與上述第2電極層之間施加特定電麼之電壓供給源。 13. —種透鏡陣列，其特徵在於： 於將液滴收納於密閉性單元之内部而形成之光學元件 中， 於上述單元之内部二次元地形成有複數個收納上述液 滴之角錐狀凹部。 14. 一種透鏡陣列，其特徵在於包含： 第1液體，其具有導電性； 第2液體，其折射率與上述第丨液體不同且其具有絕緣 性；及 密閉性單元，其並不彼此混合地收納上述第1液體及 上述第2液體；且 上述單元包含： 第1電極層，其二次元地排列有複數個分別收納上述 第2液體之角錐狀貫通孔； I16527.doc 1336788 絕緣膜，其包覆上述第1電極層； 第1透明基板，其接合於上述第1電極層一方之面，並 且阻塞上述貫通孔之一端； 第2透明基板，其經由密閉層而對向配置於上述第1電 極層另一方之面；及 透明之第2電極層，其形成於上述第2透明基板之内面 側0

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