一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)。該光開關(guān)包括上基板、腔體、介電層、疏水層、下基板、ITO電極A、ITO電極B、ITO電極C、通光孔、擋光板、染色液滴、透明圓頂柱體、無(wú)色透明液體。透明圓頂柱體被染色液滴包裹，腔體中剩余空間被無(wú)色透明液體填充，其中染色液滴導(dǎo)電，無(wú)色透明液體不導(dǎo)電，三塊ITO電極并排嵌入下基板，且兩兩間距相等，透明圓頂柱體位于ITO電極B的正上方，通光孔位于ITO電極B的正下方，光孔直徑與透明圓頂柱體的底面直徑相同。該液體光開關(guān)能實(shí)現(xiàn)可變光孔，并且能夠克服重力效應(yīng)。
【專利說(shuō)明】—種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非機(jī)械式光開關(guān)技術(shù)，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]光開關(guān)是對(duì)光信號(hào)起通斷作用的器件，其在通訊和信息顯示等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用?；诠腆w元件制作的光開關(guān)是當(dāng)今國(guó)際的主流，但其仍存在很多問(wèn)題亟待解決。例如，成本高，體積大，存在機(jī)械磨損等。液體光開關(guān)的發(fā)展正好為解決這些問(wèn)題提供了一個(gè)新的思路。液體光開關(guān)是一種調(diào)制入射光的液體器件，主要應(yīng)用于光衰減器、可調(diào)虹膜和信息顯示等方面。尤其是可變光孔的液體光開關(guān)作為可調(diào)虹膜在成像系統(tǒng)中有著巨大的應(yīng)用空間。目前已知的液體光開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式有電壓控制、微流體控制、機(jī)械力控制、熱力控制和氣壓控制等。其中電壓控制是最實(shí)用和最有應(yīng)用前景的驅(qū)動(dòng)方式。介電力效應(yīng)和電濕潤(rùn)效應(yīng)是電壓驅(qū)動(dòng)控制的兩種主要機(jī)理?；诮殡娏π?yīng)的液體光開關(guān)響應(yīng)快，工作電壓低，但是由于介電力本身比較微弱，這就限制了基于介電力效應(yīng)的液體光開關(guān)的尺寸在微米量級(jí)以內(nèi)，并且光強(qiáng)比率較低，均在100:1以內(nèi)。而基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的光開關(guān)有著對(duì)比度高，衰減范圍廣，響應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)。因此，實(shí)現(xiàn)基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的液體光開關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)，如附圖1所示，包括:上基板、腔體、介電層、疏水層、下基板、ITO電極A、ITO電極B、ITO電極C、通光孔、擋光板、染色液滴、透明圓頂柱體、無(wú)色透明液體；透明圓頂柱體被染色液滴包裹，腔體中剩余空間被無(wú)色透明液體填充，其中染色液滴導(dǎo)電，無(wú)色透明液體不導(dǎo)電，三塊ITO電極并排嵌入下基板，且兩兩間距相等，透明圓頂柱體位于ITO電極B的正上方，通光孔位于ITO電極B的正下方，光孔直徑與透明圓頂柱體的底面直徑相同。
[0004]如附圖1所示，在初始狀態(tài)時(shí)，透明圓頂柱體完全浸沒在染色液滴中，此時(shí)，通光孔被染色液滴遮擋，液體開關(guān)處于光關(guān)狀態(tài)。將ITO電極B接地，ITO電極A和ITO電極C連通后外加電壓U，染色液滴由于電濕潤(rùn)效應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生形變，如附圖2所示。此時(shí)，透明圓頂柱體從染色液滴中探出，形成一條光通道，液體開關(guān)切換至光開狀態(tài)。隨著外加電壓逐漸增大，透明圓頂柱體探出的部分也會(huì)增大，從而實(shí)現(xiàn)可變光孔的光開關(guān)功能。
[0005]優(yōu)選地，三塊ITO電極長(zhǎng)度相同，長(zhǎng)J1≥13mm且J1≤15mm, ITO電極A和ITO電極C的寬度相同，寬≥6mm且t/2 < 8mm, ITO電極B的寬度t/3≥3mm且t/3 < 4mm,三塊ITO電極兩兩間隔，且間距相同，間距?/4≥0.15mm且?/4≤0.25mm。
[0006]優(yōu)選地,腔體長(zhǎng)cl5 ≥ 12mm 且 t/5 < Or1,寬 ￡/6=2￡/2+￡/3+2?/4,高 t/7 ≥ 8mm 且 t/7 < 10mm。
[0007]優(yōu)選地,上下基板尺寸相同，長(zhǎng)Or8=Or1,寬且t/9 < 20mm。
[0008]優(yōu)選地，透明圓頂柱體的直徑t/1(i≥3.2mm且<JW ^ 3.4mm,高度t/n≥1.5mm且d11 ≤1.7mmη
[0009]優(yōu)選地,染色液滴直徑d12≥4.5mm且d12 ≤ 5mm。
[0010]優(yōu)選地,擋光板長(zhǎng)Or13=Or8,寬du=dg，通光孔直徑di5=dw。
[0011]優(yōu)選地，腔體中無(wú)色透明液體和染色液滴的密度相同。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]附圖1為一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)的光關(guān)狀態(tài)不意圖。
[0013]附圖2為一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)的光開狀態(tài)示意圖。
[0014]附圖3為實(shí)施例中光衰減度隨外加電壓變化的示意圖。
[0015]上述各附圖中的圖示標(biāo)號(hào)為:
I上基板、2腔體、3介電層、4疏水層、5下基板、6 ITO電極A、7 ITO電極B、8 ITO電極C、9通光孔、10擋光板、11染色液滴、12透明圓頂柱體、13無(wú)色透明液體。
[0016]應(yīng)該理解上述附圖只是示意性的，并沒有按比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提出的一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述。有必要在此指出的是，以下實(shí)施例只用于本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述
【發(fā)明內(nèi)容】
對(duì)本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該光開關(guān)包括上基板、腔體、介電層、疏水層、下基板、ITO電極A、ITO電極B、ITO電極C、通光孔、擋光板、染色液滴、透明圓頂柱體、無(wú)色透明液體。所述上基板、下基板和腔體均由PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)材料制成，上下基板尺寸一致，均為1 3mmX 18mm,腔體尺寸為1 2mmX 16mmX 8mm, ITO電極A和ITO電極C尺寸均為13mmX 3mm，ITO電極B的尺寸為13mmX6mm，在三塊ITO電極表面鍍上一層IMm厚的Parylene-C作為介電層，然后在ITO電極A和ITO電極C的表面再鍍上一層3Mm厚的Teflon作為疏水層。透明圓頂柱體的底面直徑為3.2mm,高度為4.5_。通光孔的直徑為3.2mm,擋光板尺寸為13mmX18mm。染色液滴為碳墨和氯化鈉溶液按照一定比例混合而成,密度為1.20g/cm3,無(wú)色透明液體為光學(xué)液體SL-5267，密度為1.20 g/cm3。如附圖1所示，初始狀態(tài)時(shí)，染色液滴直徑約為6.8_，其將透明圓頂柱體完全包裹，入射光通過(guò)液體器件后被染色液滴完全吸收，此時(shí)，液體光開關(guān)處于“關(guān)”狀態(tài)。如附圖2所示，將ITO電極B接地，ITO電極A和ITO電極C連通后外加電壓U，在電濕潤(rùn)效應(yīng)的作用下，染色液滴曲率半徑會(huì)逐漸增大，透明圓頂柱體的頂端將探出染色液滴，與周圍填充的無(wú)色透明液體形成一個(gè)光通道，此時(shí)，液體光開關(guān)處于“開”狀態(tài)。隨著施加電壓的變化，光孔直徑也是在一定范圍內(nèi)變化的。撤除電壓后，由于染色液滴同透明圓頂柱體之間的表面張力小于液滴分子之間的吸引力，染色液滴會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到初始形態(tài)，這樣，液體光開關(guān)又恢復(fù)到了“關(guān)”狀態(tài)。至此，該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)。
[0019]附圖3是實(shí)施例中光衰減度隨外加電壓變化的示意圖。按照本實(shí)施例中所設(shè)置的參數(shù)，該光開關(guān)的最大光衰減范圍為0dB~29dB，光透過(guò)損失為0.73dB，光孔直徑的變化范圍為0-2.8mm，該光開關(guān)的開啟和關(guān)閉的響應(yīng)時(shí)間分別為98ms和144ms。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)，包括:上基板、腔體、介電層、疏水層、下基板、ITO電極A、ITO電極B、ITO電極C、通光孔、擋光板、染色液滴、透明圓頂柱體、無(wú)色透明液體；透明圓頂柱體被染色液滴包裹，腔體中剩余空間被無(wú)色透明液體填充，其中染色液滴導(dǎo)電，無(wú)色透明液體不導(dǎo)電，三塊ITO電極并排嵌入下基板，且兩兩間距相等，透明圓頂柱體位于ITO電極B的正上方，通光孔位于ITO電極B的正下方，光孔直徑與透明圓頂柱體的底面直徑相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)，其特征在于，三塊ITO電極長(zhǎng)度相同，長(zhǎng)J1≤13mm且J1 ( 15mm, ITO電極A和ITO電極C的寬度相同，寬Or2 > 6mm且t/2 < 8mm, ITO電極B的寬度t/3 ^ 3mm且t/3 < 4mm,三塊ITO電極兩兩間隔，且間距相同，間距t/4 ^ 0.15mm且t/4 < 0.25mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)，其特征在于，腔體長(zhǎng) Or5 ^ 12mm 且 t/5 < Or1,寬 ￡/6=2￡/2+￡/3+2?/4,高 d7 > 8mm 且 t/7 < 10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)，其特征在于，上下基板尺寸相同，長(zhǎng)Or8=Or1,寬?/9>?/6且Or9 < 20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)，其特征在于，透明圓頂柱體的直徑dw ^ 3.2mm且dw ^ 3.4mm,高度t/n ^ 1.5mm且t/n ^ 1.7mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)，其特征在于，染色液滴直徑(Ivi ^ 4.5mm且t/12 ^ 5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)，其特征在于，擋光板長(zhǎng)dy^d%,寬Or14=Or9,通光孔直徑?/15=?/1(ι。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電濕潤(rùn)效應(yīng)的可變光孔液體光開關(guān)，其特征在于，腔體中無(wú)色透明液體和染色液滴的密度相同。
【文檔編號(hào)】G02B26/02GK103901607SQ201410128499
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】王瓊?cè)A, 王明歡, 劉超 申請(qǐng)人:四川大學(xué)