DE102006039119A1

DE102006039119A1 - Electrowettingsystem mit stabiler Bewegung

Info

Publication number: DE102006039119A1
Application number: DE102006039119A
Authority: DE
Inventors: Ha Yong Suwon Jung; Hee Sung Suwon Choi; Jin Hyuck Yang; Jae Young Suwon Bae; Jong Yun Suwon Kim
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2007-03-29
Also published as: GB2429530A; US20070047095A1; KR20070023829A; KR100714561B1; JP2007058218A; JP4230499B2; CN1920611A; CN100437198C; GB2429530B; GB0616690D0

Abstract

Offenbart wird ein Electrowettingsystem unter Verwendung des Electrowetting-Phänomens. Das Electrowettingsystem weist eine Elektrolytlösung, bestehend aus 30 bis 89 Gew.-% Wasser, 0,01 bis 30 Gew.-% eines Salzes und 10 bis 60 Gew.-% eines polaren Lösungsmittels mit einem Dipolmoment auf. DOLLAR A Gemäß dem Electrowettingsystem stabilisiert das polare Lösungsmittel, welches zugegeben wird, um die Viskosität der Elektrolytlösung zu erhöhen, die Bewegung der Elektrolytlösung, wenn eine Spannung angelegt wird, um das Electrowettingsystem zu betreiben. Des Weiteren kann Hoch- oder Niedertemperatur-Zuverlässigkeit des Electrowettingsystems durch die Verwendung des polaren Lösungsmittels sichergestellt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Für diese Anmeldung wird die Priorität der koreanischen Anmeldung Nr. 2005-77367, angemeldet am 23. August 2005, beansprucht, auf der sie basiert und deren Offenbarung durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Electrowettingsystem, und insbesondere auf ein Electrowettingsystem, welches eine elektrisch leitende Lösung verwendet, in welcher ein polares Lösungsmittel enthalten ist, um die Bewegung der Lösung zu stabilisieren und die Viskosität der Lösung zu erhöhen.

Electrowetting ist ein Phänomen, bei welchem die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit unter Verwendung elektrischer Ladungen, welche an der Grenzfläche der Flüssigkeit vorhanden sind, verändert wird. Gemäß dem Electrowetting-Phänomen wird eine hohe Potentialdifferenz an der Grenzfläche einer Flüssigkeit erzielt, wenn ein dünner Isolator an der Grenzfläche vorhanden ist.

Das Electrowetting-Phänomen kann eingesetzt werden, um mit Mikroflüssigkeiten und Mikropartikel, welche in Flüssigkeiten vorhanden sind, umzugehen. Ein großer Teil der Forschung ist auf Produkte basierend auf dem Electrowetting-Phänomen konzentriert worden. Das Electrowetting-Phänomen wird derzeit in einer großen Vielfalt von Anwendungen eingesetzt, einschließlich Flüssiglinsen, Mikropumpen, Anzeigevorrichtungen, optischen Vorrichtungen und mikro-elektromechanischen Systemen (MEMS). Insbesondere Flüssiglinsen für Autofokus (A/F) weisen die Vorteile kleiner Größe, verringerten elektrischen Energieverbrauchs und hoher Reaktionsrate, was ihren Betrieb angeht, im Vergleich zu herkömmlichen Flüssiglinsen auf.

Verschiedene Faktoren, wie beispielsweise Betriebsleistung, optische Leistung, Reproduzierbarkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit müssen in Betracht gezogen werden, um Electrowettingsysteme zu verwirklichen. Insbesondere wenn eine Spannung an ein Electrowettingsystem angelegt wird, muss die Form der Flüssigkeit ohne instabiles Zittern und Bewegen an der Grenzfläche der Flüssigkeit stabil gehalten werden, um gewünschte Ziele zu erreichen.

Die Herstellung eines Electrowettingsystems basierend auf dem Electrowetting-Phänomen erfordert im Wesentlichen die Verwendung einer oder mehrerer Lösungen. Eine elektrisch leitende Lösung (nachfolgend als eine „Elektrolytlösung" bezeichnet) ist besonders wichtig, da sie elektrische Eigenschaften besitzt und dazu dient, im Wesentlichen ein Electrowettingsystem zu betreiben. Im Allgemeinen enthält eine Elektrolytlösung destilliertes Wasser und ein Salz, zum Beispiel Na₂SO₄ oder LiCl, welches dazu dient, dem destillierten Wasser elektrische Eigenschaften zu verleihen. 2 zeigt einen Zustand, in welchem eine Elektrolytlösung in einem allgemeinen Electrowettingsystem bewegt wird, wenn eine Spannung an das Electrowettingsystem angelegt wird.

Der Mechanismus des Electrowetting-Phänomens ist nicht genau bekannt. Forschung und Entwicklung sind betreffend den Mechanismus des Electrowetting-Phänomens ausgehend von der Annahme durchgeführt worden, dass es keine Veränderung in der Grenzflächenenergie zwischen festflüssig-Phasen und zwischen flüssig/gasförmig-Phasen gibt. Dementsprechend wurde eine einfache Steuerung unter Verwendung einer Potentialdifferenz eingesetzt, um das Electrowettingsystem zu betreiben.

1 ist ein Querschnittsdiagramm, welches schematisch den Aufbau eines herkömmlichen Systems basierend auf dem Electrowetting-Phänomen zeigt. Eine Beziehung zwischen dem Kontaktwinkel und der Oberflächenenergie einer festen Platte wird im Allgemeinen durch die Young'sche-Gleichung 1 ausgedrückt: γSL = γSG – γLGcosθ (1)wobei γ_SL die Grenzflächenenergie fest/flüssig ist, γ_SG die Grenzflächenenergie fest/gasförmig ist, γ_LG die Grenzflächenenergie flüssig/gasförmig ist und Θ der Kontaktwinkel ist.

Ein thermomechanischer Ausdruck hinsichtlich einer Elektrolytlösung, welche zwischen zwei Elektroden vorhanden ist, und einer Spannung, welche an die Elektroden angelegt wird, wird im Allgemeinen durch die Lippmann-Gleichung 2 erklärt:

Gleichung 1 und Gleichung 2 werden kombiniert und ergeben die folgende Gleichung 3, welche als Lippmann-Young-Gleichung bezeichnet wird:

wobei θ der Kontaktwinkel ist, wenn eine Spannung angelegt wird, θ₀ der Anfangskontaktwinkel ist, c die Kapazität ist und V die angelegte Spannung ist.

Eine Abänderung der Lippmann-Young-Gleichung ergibt die folgende Gleichung 4:

wobei θ der Kontaktwinkel ist, wenn eine Spannung angelegt wird, θ₀ der anfängliche Kontaktwinkel ist, ε die Dielektrizitätskonstante zwischen den Elektroden ist, d die Dicke eines Isolators ist, V die angelegte Spannung ist und γ₁ die Grenzflächenenergie ist.

Ladungen, welche in einem Elektrolyt vorhanden sind, neigen dazu, sich angesichts ihrer chemischen Eigenschaften zu den Grenzen des Elektrolyts zu bewegen. Die Neigung wird stärker, wenn eine externe Spannung an den Elektrolyten angelegt wird. Insbesondere steigt die Konzentration der Ladungen an dreifachen Kontaktlinien (triple contact lines, TCL), wo die Grenzen überlappen, stark an. Dieses Phänomen führt zu einem Anstieg in der Abstoßungskraft zwischen den Ladungen, was zu einer Senkung der Oberflächenspannung an den Rändern der Flüssigkeitströpfchen führt. Dies wird durch die folgende Beziehung ausgedrückt:

2 zeigt einen Zustand, in welchem eine Elektrolytlösung, welche destilliertes Wasser und ein Salz enthält, um dem destillierten Wasser elektrische Eigenschaften zu verleihen, in einem Electrowettingsystem bewegt wird, wenn eine Spannung an das Electrowettingsystem angelegt wird. Bezug nehmend auf 2 wird ein Tröpfchen der Elektrolytlösung auf einen Isolator getropft, welcher auf einer Elektrode aufgebracht ist. Wenn eine Spannung an die Elektrode angelegt wird, wandern Ladungen, welche in der Elektrolytlösung vorhanden sind. Dieses Wandern der Ladungen führt zu einem Phänomen, bei welchem sich das Tröpfchen der Elektrolytlösung auf der Oberfläche des Isolators ausbreitet.

Wenn eine Spannung angelegt wird, um das Electrowettingsystem zu betreiben, ist es wichtig, das Electrowettingsystem ohne instabiles Zittern und Bewegen der Elektrolytlösung zu erhalten. Da übliche Elektrolytlösungen hergestellt werden, indem eine kleine Menge eines Salzes zu destilliertem Wasser gegeben wird, um dem destillierten Wasser elektrische Eigenschaften zu verleihen, haben sie niedrige Viskosität und somit ist es unvermeidlich, dass sie sich instabil bewegen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Viskosität einer Elektrolytlösung, welche ein Electrowettingsystem bildet, durch Verwendung eines polaren Lösungsmittels zu steuern, so dass die Bewegung der Elektrolytlösung stabilisiert wird, wenn eine Betriebsspannung an das Electrowettingsystem angelegt wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Dichte und Oberflächenspannung der Elektrolytlösung zu steuern, um den Erstarrungspunkt der Elektrolytlösung zu senken und den Siedepunkt der Elektrolytlösung zu erhöhen, indem ein polares Lösungsmittel verwendet wird, so dass überlegene Hoch- und Niedertemperatur-Zuverlässigkeit der Elektrolytlösung sichergestellt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Electrowettingsystem vorgesehen, in welchem das Electrowetting-Phänomen verwendet wird, wobei das System eine Elektrolytlösung bestehend aus 30 bis 89 Gew.-% Wasser, 0,01 bis 30 Gew.-% eines Salzes und 10 bis 60 Gew.-% eines polaren Lösungsmittels aufweist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich anhand der nachfolgenden genauen Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:

1 ein Querschnittsdiagramm ist, welches schematisch den Aufbau eines herkömmlichen Systems basierend auf dem Electrowetting-Phänomen zeigt;

2 ein Querschnittsdiagramm ist, welches schematisch einen Zustand zeigt, in dem eine Elektrolytlösung in einem herkömmlichen Electrowettingsystem bewegt wird, wenn eine Spannung an das Electrowettingsystem angelegt wird;

3 ein erfindungsgemäßes Electrowettingsystem zeigt, wobei eine interne Lösung in einer Flüssiglinse als Electrowettingsystem bewegt wird, wenn eine Spannung an die Flüssiglinse angelegt wird;

4a und 4b Interferenzbilder sind, welche Zustände zeigen, in denen eine Elektrolytlösung in einer in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung hergestellten Flüssiglinse bewegt wird, wenn jeweils Betriebsspannungen von 30 V und 50 V an die Flüssiglinse angelegt werden;

5a und 5b Interferenzbilder sind, welche Zustände zeigen, in welchen eine Elektrolytlösung in einer in Vergleichsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung hergestellten Flüssiglinse bewegt wird, wenn jeweils keine Spannung und eine Betriebsspannung von 30 V an die Flüssiglinse angelegt wird; und

6a und 6b Interferenzbilder sind, welche die Bewegung vergleichen von (a) einer Elektrolytlösung in einer herkömmlichen Flüssiglinse mit der von (b) einer Elektrolytlösung in einer Flüssiglinse gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn eine Betriebsspannung (30 V) an jede der Flüssiglinsen angelegt wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung wird nun genauer beschrieben.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Electrowettingsystem mit stabiler Bewegung einer Elektrolytlösung vor, in welcher ein polares Lösungsmittel enthalten ist, um die Viskosität der Elektrolytlösung ohne instabiles Zittern und Bewegen der Elektrolytlösung zu erhöhen. Eine Flüssiglinse, welche ein repräsentatives Beispiel für Systeme ist, bei denen von dem Electrowetting-Phänomen Gebrauch gemacht wird, wird nachfolgend beschrieben.

3 zeigt eine Flüssiglinse mit variabler Brennweite zur Verwendung des Electrowetting-Phänomens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Flüssiglinse mit variabler Brennweite weist eine untere Elektrode in Form einer Platte, eine isolierende Schicht mit einheitlicher Dicke, welche auf der unteren Elektrode angeordnet ist, ein elektrisch isolierendes Öl oder eine elektrisch isolierende Flüssigkeit (nachstehend lediglich als „Isolierlösung" bezeichnet), welche auf der isolierenden Schicht angeordnet ist, und eine Elektrolytlösung auf, welche die Isolierlösung umgibt. Eine obere Elektrode in Form einer Platte ist in Kontakt mit der Elektrolytlösung gebildet. Wenn eine vorbestimmte Spannung an die obere und untere Elektrode angelegt wird, wird die Oberflächenspannung der Elektrolytlösung geändert, was zu einer Veränderung in der Form der Elektrolytlösung führt. Als Ergebnis wird die Brennweite des Lichts, welches durch die Flüssiglinse dringt, verändert, da die Krümmung der Isolierlösung, welche als eine Linse dient, relativ verändert wird.

Die Elektrolytlösung ist im Allgemeinen eine elektrisch leitende Flüssigkeit und kann Wasser in einer Menge von 30 bis 89 Gew.-% im Verhältnis zum Gesamtgewicht der Elektrolytlösung enthalten.

Die Elektrolytlösung kann des Weiteren ein Salz enthalten, um die Oberflächenenergie des Wassers zu senken und die rheologischen Eigenschaften zu verbessern. Das Salz ist nicht besonders beschränkt, solange es allgemein im Stand der Technik verwendet wird, und Beispiele hierfür beinhalten LiCl, NH₄Cl, NaCl, KCl, NaNO₃, KNO₃, CaCl₂, KBr, MgSO₄, CuSO₄ und K₂SO₄.

Das Salz kann in einer Menge von 0,01 bis 30 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrolytlösung verwendet werden. Wird die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung in Betracht gezogen, so wird bevorzugt, das Salz in der Mindestmenge zuzugeben.

Die Elektrolytlösung, welche in dem Electrowettingsystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird, enthält weiterhin ein polares Lösungsmittel mit einem Dipolmoment. Das polare Lösungsmittel wird verwendet, um die Viskosität der Elektrolytlösung zu erhöhen. Diese erhöhte Viskosität ermöglicht stabile Bewegung der Elektrolytlösung ohne instabiles Zittern und Bewegen, wenn eine Spannung an die Flüssiglinse angelegt wird.

Da allgemeine polare Lösungsmittel angesichts ihrer Eigenarten sehr gut in Wasser löslich sind und nicht mit Ölen vermischbar sind, sind sie bei der Herstellung von Elektrolytlösungen von Flüssiglinsen nützlich. Lösungsmittel auf Alkoholbasis mit einer Hydroxyl-Gruppe (-OH-Gruppe) werden besonders bevorzugt. Da Lösungsmittel auf Alkoholbasis farblos und in höchstem Maß durchsichtig sind, sind sie für die Verwendung in Linsen geeignet. Da zudem Lösungsmittel auf Alkoholbasis ein breites Spektrum von physikalischen Eigenschaften aufweisen, sind sie bei der Steuerung anderer physikalischer Eigenschaften der Elektrolytlösung nützlich. Das polare Lösungsmittel, welches in der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wirkt als Tensid, so dass folglich erwartet wird, dass es eine Verringerung in der Betriebsspannung erzielt. Das polare Lösungsmittel kann auch dazu dienen, ein Mischen der Elektrolytlösung und der Isolierlösung zu hemmen.

Spezifische Beispiele für Lösungsmittel auf Alkoholbasis, welche für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2,3-Propantriol, 1-Butanol, 2-Butanol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1-Pentanol, 1,5-Pentandiol, Hexanol, Heptanol und Octanol, sind aber nicht hierauf beschränkt. Diese Lösungsmittel auf Alkoholbasis können allein oder in Kombination miteinander verwendet werden. Bevorzugter sind Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1,2-Propandiol, 1,2,3-Propantriol, 2-Butanol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol und Mischungen hiervon. Die physikalischen Eigenschaften dieser Lösungsmittel auf Alkoholbasis sind in Tabelle 1 zusammengefasst. TABELLE 1

Die polaren Lösungsmittel können in einer Menge von 10 bis 60 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrolytlösung verwendet werden. Wenn die Elektrolytlösung eine Viskosität von 3 bis 50 cP hat, wird sie im System unter Verwendung des Electrowetting-Phänomens stabil bewegt. Über 50 cP kann die Elektrolytlösung das Electrowetting-Phänomen ungünstig hemmen.

Zusätzlich zur Elektrolytlösung weist die Flüssiglinse eine Isolierlösung auf. Da die Isolierlösung eine vorbestimmte Viskosität hat, kann sie als Puffer gegen die Bewegung der Elektrolytlösung dienen. Eine optimale Viskosität, welche zur Stabilisierung der Bewegung der Elektrolytlösung erforderlich ist, liegt im Bereich von 3 bis 20 cP. Das Electrowettingsystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt im Betrieb wenig instabiles Zittern und Bewegen im Vergleich zu allgemeinen Electrowettingsystemen, welche Umgebungsluft ausgesetzt sind. In anderen Electrowettingsystemen, zum Beispiel Mikropumpen, Anzeigevorrichtungen, optischen Vorrichtungen und mikro-elektromechanischen Systemen (MEMS), welche keine Isolierlösung aufweisen, wird die Bewegung der Elektrolytlösung jedoch in einer höheren Viskosität stabilisiert. In diesen Systemen wird die Elektrolytlösung ausreichend stabil innerhalb des Viskositätsbereichs von 3 bis 50 cP bewegt.

Um den Viskositätsbereich zu erreichen, welcher zur Stabilisierung der Bewegung der Elektrolytlösung erforderlich ist, wenn eine Spannung an das Electrowettingsystem angelegt wird, kann die Zusammensetzung der Elektrolytlösung in Abhängigkeit von der Art des verwendeten polaren Lösungsmittels variieren.

Insbesondere wenn die Elektrolytlösung 40 bis 60 Gew.-% Wasser, 5 bis 10 Gew.-% des Salzes und 30 bis 50 Gew.-% 1,2-Propandiol als polares Lösungsmittel enthält, hat sie eine Viskosität von 5 bis 10 cP. Wenn die Elektrolytlösung 30 bis 70 Gew.-% Wasser, 5 bis 20 Gew.-% des Salzes und 20 bis 60 Gew.-% 1,5-Propandiol als das polare Lösungsmittel enthält, hat sie eine Viskosität von 5 bis 20 cP. Wenn die Elektrolytlösung 50 bis 80 Gew.-% Wasser, 5 bis 15 Gew.-% des Salzes und 10 bis 40 Gew.-% 1,4-Butandiol als polares Lösungsmittel enthält, hat sie eine Viskosität von 3 bis 8 cP. Eine Elektrolytlösung mit einer Viskosität von 3-50 cP kann unter Verwendung von mindestens einem Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1,2,3-Propantriol, 2-Butanol und 1,3-Butandiol als polares Lösungsmittel hergestellt sein.

Unterschiedliche Eigenarten können in Elektrolytlösungen von Electrowettingsystemen, wie beispielsweise Flüssiglinsen, erforderlich sein. Es kann zum Beispiel erforderlich sein, dass Elektrolytlösungen eine Dichte oder Oberflächenspannung aufweisen, die für entsprechende Systeme geeignet ist. Es kann auch erforderlich sein, dass Elektrolytlösungen überlegene Hoch- und Niedertemperatur-Zuverlässigkeit für einen stabilen Betrieb entsprechender Systeme aufweisen. Hierzu können polare Lösungsmittel verwendet werden, um die physikalischen Eigenschaften der entsprechenden Elektrolytlösungen zu steuern.

Insbesondere wenn beabsichtigt ist, Niedertemperatur-Zuverlässigkeit bei –40°C während mindestens 48 Stunden und/oder Hochtemperatur-Zuverlässigkeit bei +85°C während mindestens 96 Stunden zu erzielen, wird unter Berücksichtigung des Siedepunkts und des Erstarrungspunkts der entsprechenden polaren Lösungsmittel ein geeignetes polares Lösungsmittel, zum Beispiel 1,2-Propandiol, 1,4-Butandiol oder 1,5-Pentandiol, ausgewählt und innerhalb des definierten Bereichs zusammen mit Wasser und dem Salz verwendet, um eine Elektrolytlösung herzustellen, um somit die beabsichtigten Wirkungen zu erreichen.

Zusätzlich zu der Elektrolytlösung können Systeme basierend auf dem Electrowetting-Phänomen eine Isolierlösung aufweisen, wobei die Isolierlösung ein Öl ist und optional ein organisches Lösungsmittel enthält. Die Isolierlösung enthält im Allgemeinen ein Silikon(Si)-Öl und ein organisches Additiv. Bestandteile der Isolierlösung können innerhalb der Bereiche verwendet werden, welche üblicherweise im Stand der Technik eingesetzt werden.

Beispiele für Systeme basierend auf dem Electrowetting-Phänomen umfassen Flüssiglinsen, Mikropumpen, Anzeigevorrichtungen, optische Vorrichtungen und mikro-elektromechanische Systeme (MEMS).

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele genauer beschrieben. Diese Beispiele werden jedoch nur zum Zweck der Veranschaulichung gegeben und sollen die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Dem Fachmann wird offensichtlich sein, dass die folgenden Beispiele die Herstellung von Flüssiglinsen veranschaulichen, obwohl sie auch auf die Herstellung anderer Electrowettingsysteme angewendet werden können.
Beispiel 1
60 Gew.-% destilliertes Wasser, 10 Gew.-% LiCl und 30 Gew.-% 1,2-Propandiol wurden vermischt, um eine durchsichtige Elektrolytlösung mit einer Viskosität von 6,1 herzustellen. 1,6-Dibromhexan wurde mit einem handelsüblichen Silikonöl gemischt, um eine Isolierlösung mit einer Viskosität von 11,8 herzustellen.
Eine Zelle zum Aufnehmen der Elektrolytlösung und der Isolierlösung weist einen oberen Teil und einen unteren Teil auf. Der obere Teil wurde aus einem durchsichtigen Material hergestellt, und auf einen inneren Teil des oberen Teils wurde ein Metallfilm aufgebracht, durch welchen eine Spannung an die Elektrolytlösung angelegt wurde. Der untere Teil der Zelle wurde aus dem gleichen Material hergestellt wie der obere Teil, auf den inneren Teil des unteren Teils in Kontakt mit der Elektrolytlösung wurde ein Polymer-Isolator aufgebracht, und ein Metallfilm wurde unter dem Isolator aufgebracht.
Die Elektrolytlösung und die Isolierlösung wurden in die Zelle eingebracht, um die Herstellung einer Flüssiglinse abzuschließen.
Die Fotografien aus 4a und 4b sind Interferenzbilder, welche Zustände zeigen, in denen die Elektrolytlösung in der Flüssiglinse bewegt wurde, wenn jeweils 30 V und 50 V an die Flüssiglinse angelegt wurden.
Die Fotografien zeigen, dass, obwohl Spannungen an die Flüssiglinse angelegt wurden, welche die Elektrolytlösung aufweist, deren Viskosität unter Verwendung des polaren Lösungsmittels erhöht wurde, stabile Bewegung der Elektrolytlösung ohne instabiles Zittern und Bewegen erzielt wurde.
Vergleichsbeispiel 1
90 Gew.-% destilliertes Wasser und 10 Gew.-% LiCl wurden zusammengemischt, um eine durchsichtige Elektrolytlösung mit einer Viskosität von 1,9 herzustellen. 1,6-Dibromhexan wurde mit einem handelsüblichen Silikonöl gemischt, um eine Isolierlösung mit einer Viskosität von 11,8 herzustellen.
Die Elektrolytlösung und die Isolierlösung wurden verwendet, um eine Flüssiglinse gemäß der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise herzustellen.
Die Fotografien aus 5a und 5b sind Interferenzbilder, welche Zustände zeigen, in denen die Elektrolytlösung in der Flüssiglinse bewegt wurde, wenn jeweils keine Spannung und eine Spannung von 30 V an die Flüssiglinse angelegt wurde.
Die in 6a und 6b dargestellten Fotografien sind Interferenzbilder, welche die Bewegung vergleichen von (a) der Elektrolytlösung, welche kein polares Lösungsmittel enthält, mit (b) der Elektrolytlösung, welche das polare Lösungsmittel enthält, wenn 30 V an jede der Flüssiglinsen angelegt wurde.
Die Interferenzbilder aus 5a zeigen stabile Bewegung der Elektrolytlösung ohne instabiles Zittern und Bewegen an der Grenzfläche, wenn keine Spannung angelegt wurde. Dagegen zeigen die Interferenzbilder aus 5b eine Veränderung in der Krümmung der Grenzfläche zwischen den beiden Lösungen, wenn eine externe Spannung von 30 V angelegt wurde, um die Flüssiglinse zu betreiben, was zeigt, dass Zittern an den Peripherien während es Betriebs der Flüssiglinse aufgrund verminderter Viskosität der Elektrolytlösung auftrat.
Hohe Spannungen von 40 bis 100 V werden benötigt, um allgemeine Flüssiglinsen zu betreiben. Wenn eine hohe Spannung an eine Flüssiglinse angelegt wird, wird die instabile Bewegung einer Elektrolytlösung bedenklich, und als Ergebnis kann die Aufgabe der Flüssiglinse nicht angemessen erfüllt werden.
Durch die Fotografien aus 6a und 6b, welche Interferenzbilder sind, welche die Bewegung einer allgemeinen Elektrolytlösung mit der der Elektrolytlösung in der Flüssiglinse gemäß der vorliegenden Erfindung vergleichen, wenn eine Spannung angelegt wird, konnte bestätigt werden, dass die Elektrolytlösung der Flüssiglinse gemäß der vorliegenden Erfindung, welche aufgrund der Verwendung des polaren Lösungsmittels eine erhöhte Viskosität hatte, eine in hohem Maße stabile Bewegung im Vergleich zu der allgemeinen Elektrolytlösung aufwies.
Die Interferenzbilder aus 4a, 4b, 5a, 5b, 6a und 6b sind Umrisse, welche die Höhen an den Grenzflächen der entsprechenden Elektrolytlösungen zeigen.
Wie aus der obenstehenden Beschreibung offensichtlich wird, kann gemäß dem Electrowettingsystem der vorliegenden Erfindung, wenn eine Spannung an das Electrowettingsystem angelegt wird, instabiles Zittern an der Grenzfläche der Elektrolytlösung verhindert werden, da ein polares Lösungsmittel zu einer üblichen Elektrolytlösung zugegeben wird, um die Viskosität der Elektrolytlösung zu erhöhen. Da des Weiteren das in der Elektrolytlösung enthaltene polare Lösungsmittel als Tensid wirkt, kann die Betriebsspannung des Electrowettingsystems verringert werden. Außerdem kann Hoch- oder Niedertemperatur-Zuverlässigkeit des Electrowettingsystems in Abhängigkeit von der Art des polaren Lösungsmittels sichergestellt werden.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu Darstellungszwecken offenbart worden, wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie in den angefügten Ansprüchen offenbart, abzuweichen.

Claims

Electrowettingsystem, welches von dem Electrowetting-Phänomen Gebrauch macht, wobei das System eine Elektrolytlösung bestehend aus 30 bis 89 Gew.% Wasser, 0,01 bis 30 Gew.% eines Salzes und 10 bis 60 Gew.% eines polaren Lösungsmittels aufweist.
Electrowettingsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung eine Viskosität von 3 bis 50 cP hat.
Electrowettingsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Electrowettingsystem weiter eine Isolierlösung aufweist und die Elektrolytlösung eine Viskosität von 3 bis 20 cP hat.
Electrowettingsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polare Lösungsmittel ein Lösungsmittel auf Alkoholbasis mit einem Dipolmoment ist.
Electrowettingsystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel auf Alkoholbasis mindestens ein polares Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2,3-Propantriol, 1-Butanol, 2-Butanol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1-Pentanol, 1,5-Pentandiol, Hexanol, Heptanol und Octanol ist.