FR2880697A1 - Lentille liquide a focale variable avec tension de commande reduite - Google Patents
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Abstract
L'invention propose une lentille liquide à focale variable utilisant l'électromouillage, comprenant un premier liquide (2) conducteur et un second liquide (4) isolant. Au moins un parmi le premier liquide (2) composé d'un électrolyte et le second liquide (4) composé d'un liquide isolant contient un surfactant destiné à réduire l'énergie d'interface entre les premier et second liquides (2, 4). Une partie d'interface (3) entre les premier et second liquides (2, 4) est maintenue par le surfactant afin de réduire la tension de commande. La lentille liquide à focale variable selon l'invention présente une tension de commande inférieure d'environ 50 % nécessaire pour changer la focale, garantissant une stabilité des deux fluides.
Description
LENTILLE LIQUIDE A FOCALE VARIABLE AVEC TENSION DE
COMMANDE REDUITE
La présente demande revendique le bénéfice des demandes de brevet coréen n 2005-40 284 déposée le 13 mai 2005, et n 2005-3433 déposée le 13 janvier 2005 à l'Office coréen de la propriété intellectuelle, dont les divulgations sont incorporées à la présente en référence.
La présente invention concerne une lentille liquide à focale variable, et plus particulièrement, une lentille liquide à focale variable utilisant l'électromouillage, dans laquelle au moins un parmi un premier et un second liquide contient un surfactant et une partie d'interface existe entre les premier et second liquides, réduisant de ce fait la tension de commande et minimisant la miscibilité des deux liquides.
En général, l'électromouillage est un phénomène dans lequel une charge électrique au niveau d'un ménisque est ajustée pour faire varier la force de traction du ménisque. L'électromouillage peut être utilisé pour commander un micro-fluide et des microparticules dans le fluide. Récemment, des études ont été menées activement sur des produits utilisant l'électromouillage. L'électromouillage utilise de façon basique un champ électrique et ainsi le temps de réponse est court et un produit peut être commandé avec une tension relativement basse, ce qui à son tour permet la miniaturisation. L'électromouillage a été étudié de façon approfondie et appliqué aux domaines des lentilles liquides, des dispositifs d'affichage, des dispositifs optiques, et des systèmes microélectromécaniques (MEMS).
Toutefois, dans l'art antérieur, l'électromouillage n'a pas été approfondi, et les études ont été réalisées ou bien les produits ont été mis au point en se fondant sur le fait qu'il n'existe pas de changement de l'énergie d'interface entre les formes solides et liquides, et entre les formes liquides et gazeuses, ne permettant qu'une simple commande soumise à des différences de potentiel.
La figure 1 illustre un mode de réalisation d'une lentille liquide à focale variable classique utilisant l'électromouillage. Comme cela est montré sur la figure 1, la lentille liquide à focale variable classique 20 comprend une plaque solide 25 composée d'une couche isolante 24 ayant une certaine épaisseur d et des électrodes 26 formées sous la couche isolante 24, une gouttelette conductrice 22 placée sur une surface supérieure de la plaque solide 25, et une source de commande 29 comportant une extrémité connectée électriquement à la gouttelette 22 et l'autre extrémité connectée électriquement aux électrodes 26 pour fournir une différence de potentiel entre la gouttelette 22 et l'électrode 26.
Avec la constitution ci-dessus, lorsque la gouttelette conductrice 22 tombe sur la couche isolante 24 puis que la tension de commande est appliquée par la source de commande 29 entre les électrodes 26 et la gouttelette 22, le rayon de courbure (la ligne continue sur la figure 1) de la gouttelette dans un état comprimé sans charge est agrandi jusqu'à obtenir la forme de la gouttelette 28 (la ligne en pointillés sur la figure 1) en raison de la différence de potentiel qui s'est produite entre les électrodes 26 et la gouttelette 22. C'est-à-dire que la dimension extérieure de la gouttelette 22, 28 est changée pour faire varier la distance focale de la lumière passant à travers celle-ci.
En général, la relation de l'angle de contact de la plaque solide et de l'énergie d'interface peut être exprimée par l'équation de Young (équation 1 ci-dessous). y,, -
1/ .%i;.ü cose Équation 1.
Dans l'équation ci-dessus, 1SL représente l'énergie d'interface entre un solide et un liquide, YSG représente l'énergie d'interface entre un solide et un gaz, et YLG représente l'énergie d'interface entre un liquide et un gaz, et 0 représente l'angle de contact.
En général, lorsqu'un électrolyte se trouve entre les électrodes, une expression numérique de thermodynamique dépendant de l'application de la 25 tension peut être expliquée par l'équation de Lippmann (équation 2 ci-dessous). x
y -Y,-zcY Équation 2 À partir des Équations 1 et 2 ci-dessus, l'équation de Lippmann - Young (équation 3 ci-dessous) est dérivée.
cofiO q'cosOo+ 1c@ Équation 3 Dans l'équation ci-dessus, 0 représente l'angle de contact lorsque la tension est appliquée, 0 o représente l'angle de contact initial, c représente la capacité électrique, et V représente la tension appliquée.
L'équation de Lippmann - Young ci-dessus ne prend pas en compte les changements de l'énergie d'interface entre le liquide initial et le gaz et entre le solide et le gaz. Le dispositif classique utilisant l'électromouillage ne dépend que de la tension appliquée, ne permettant qu'une simple commande selon les différences de potentiel.
Une forme modifiée de l'équation de Lippmann - 20 Young ci-dessus se trouve comme suit dans l'équation 4 ci-dessous.
cos8 -cose 2 2 'rd Équation 4.
Dans l'équation ci-dessus, 0 représente l'angle de contact lorsque la tension est appliquée, 00 représente l'angle de contact initial, e représente la constante diélectrique entre les électrodes, d représente l'épaisseur de la couche isolante, V représente la tension appliquée, et Yi représente l'énergie d'interface entre le liquide isolant et l'électrolyte.
Cette équation est une équation générale expliquant les caractéristiques opérationnelles de l'électrolyte et du liquide isolant illustrés sur la figure 1. Dans l'équation ci-dessus, plus Yi est petit, plus le changement de l'angle de contact du liquide isolant devient grand, ce qui a pour résultat attendu la réduction de la tension de commande. Toutefois, si l'énergie d'interface des deux liquides est trop petite, il est difficile pour les deux fluides (l'électrolyte et le liquide isolant) d'exister indépendamment, ce qui peut avoir pour résultat le mélange des deux fluides ou une turbidité. En outre, la lentille liquide classique utilisant l'électromouillage ne peut pas obtenir un état suffisamment stable, c'est-à-dire que la tension appliquée est trop élevée pour que la surface de la gouttelette reste stable et pour que la gouttelette conserve une forme uniforme.
La présente invention a été réalisée pour résoudre les problèmes précédents de l'art antérieur et c'est en conséquence un objet de la présente invention de proposer une lentille liquide à focale variable dans laquelle la tension de commande nécessaire pour changer la focale est inférieure et la fiabilité entre les deux fluides est garantie.
Selon un aspect de l'invention pour réaliser l'objet, on propose une lentille liquide à focale variable utilisant l'électromouillage, comprenant un premier liquide conducteur et un second liquide isolant; dans laquelle au moins un parmi le premier liquide composé d'un électrolyte et le second liquide composé d'un liquide isolant comprend un surfactant destiné à réduire l'énergie d'interface entre les premier et second liquides, moyennant quoi une partie d'interface entre les premier et second liquides est maintenue par le surfactant afin de réduire la tension de commande.
Selon un autre aspect de l'invention pour réaliser l'objet, on propose une lentille liquide à focale variable capable de faire varier la focale en changeant la forme du ménisque formé par un premier liquide et un second liquide n'étant pas miscibles et ayant des indices de réfraction différents, dans laquelle le premier liquide composé d'un électrolyte et le second liquide composé d'un liquide isolant sont disposés dans une cellule et le second liquide formant une gouttelette, et une zone de contact avec la gouttelette est formée en contact avec la gouttelette dans la cellule, dans laquelle au moins un parmi les premier et second liquides comprend un surfactant destiné à réduire l'énergie d'interface entre les premier et second liquides, moyennant quoi une partie d'interface entre les premier et second liquides est maintenue par le surfactant, comprenant des moyens comprenant une électrode et une couche isolante disposée entre l'électrode et les premier et second liquides destinés à appliquer une tension entre l'électrode et le premier liquide, et dans laquelle la tension appliquée par les moyens d'application de tension est ajustée pour changer la forme du ménisque avec une tension de commande est réduite.
Les objets, caractéristiques et avantages ci-dessus de la présente invention seront mieux compris à partir de la description détaillée suivante prise conjointement avec les dessins joints, sur lesquels: la figure 1 représente une vue en coupe transversale schématique d'une lentille liquide à focale variable classique utilisant l'électromouillage; la figure 2 représente une vue schématique illustrant la constitution d'une lentille liquide à focale variable avec un ménisque formé entre un premier liquide et un second liquide selon la présente invention; et la figure 3 représente une vue en coupe transversale schématique illustrant la constitution de la lentille liquide à focale variable selon un mode de réalisation de la présente invention, dans laquelle (a) illustre un cas dans lequel un surfactant est contenu dans un électrolyte pour former une partie d'interface, (b) illustre un cas dans lequel un surfactant est contenu dans un liquide isolant pour former une partie d'interface, et (c) illustre un cas dans lequel un surfactant est contenu à la fois dans l'électrolyte et le liquide isolant pour former une partie d'interface.
Des modes de réalisation préférés de la présente invention vont maintenant être décrits en détail en se référant aux dessins joints.
Les inventeurs sont parvenus à la conclusion suivante concernant une lentille liquide utilisant l'électromouillage. Lorsqu'au moins un parmi un électrolyte et un liquide isolant contient un surfactant, et qu'une partie d'interface entre les premier et second liquides est maintenue par le surfactant, l'énergie d'interface entre les deux liquides décroît, ce qui permet la réduction de la tension de commande nécessaire pour ajuster la focale, garantissant le non mélange des deux fluides. Sur la base de l'apprentissage ci-dessus, les inventeurs ont réalisé la présente invention.
En général, un surfactant comprend au sens large les types à base d'hydrocarbure, à base de fluorocarbone et à base de carbone et silicium. En général, ces surfactants sont ajoutés à un solide ou à un liquide en petites quantités dans le but de reformer l'énergie d'interface et d'améliorer la propriété rhéologique. Tous ces types de surfactants peuvent être utilisés pour la présente invention. Avec un surfactant de faible poids moléculaire, une tension de commande est réduite à travers l'effet de remodelage de surface. De même, avec un surfactant polymère de poids relativement élevé, la propriété rhéologique est reformée pour permettre une commande non limitée du mouvement du fluide entre le liquide isolant et l'électrolyte, et également un mouvement ionique seul est induit pour garantir la stabilité électrique.
Selon 1a présente invention, la lentille liquide à focale variable utilisant l'électromouillage comprend un premier liquide conducteur et un second liquide isolant, dans laquelle au moins un des premier et second liquides comporte au moins un surfactant destiné à réduire l'énergie d'interface jusqu'à 20 dyne/cm entre les premier et second liquides, et une partie d'interface entre les premier et second liquides est maintenue par le surfactant. Pour le reste des caractéristiques structurelles, un type quelconque de structure de lentille liquide classique utilisant l'électromouillage peut être appliqué.
Un exemple de la lentille liquide à focale variable selon la présente invention est montré sur la figure 2.
Comme cela est montré sur la figure 2, au moins un parmi le premier liquide 2 et le second liquide 4 contient le surfactant, et de ce fait la partie d'interface 3 entre les premier et second liquides est maintenue par le surfactant. À ce moment, le surfactant peut être contenu soit dans le premier liquide soit dans le second liquide uniquement, ou bien il peut être contenu dans les deux liquides à la fois, réduisant de ce fait l'énergie l'interface entre les deux liquides pour réduire la tension de commande. En outre, comme la partie d'interface est formée, il n'y a pas de mélange des deux fluides, garantissant la stabilité des deux liquides.
Le surfactant peut être contenu soit dans le premier liquide, soit dans le second liquide uniquement, ou bien dans les deux liquides à la fois.
La figure 3(a) illustre le cas dans lequel un surfactant est contenu dans le premier liquide (électrolyte) de sorte que la partie d'interface 3 est formée à partir du premier liquide, et la figure 3(b) illustre le cas dans lequel le surfactant est contenu dans le second liquide (liquide isolant) de sorte que la partie d'interface 3 est formée à partir du second liquide. La figure 3(c) illustre le cas dans lequel le surfactant est contenu à la fois dans les premier et second liquides de sorte que les parties d'interface 3 et 3' sont formées à partir des premier et second liquides à la fois.
En outre, dans le cas où au moins un parmi les premier et second liquides contient un surfactant polymère de poids moléculaire élevé selon la présente invention, le surfactant polymère de poids moléculaire élevé reforme les propriétés rhéologiques du liquide pour permettre une commande libre du mouvement de fluide entre le liquide isolant et l'électrolyte. Dans ce cas, le surfactant polymère de poids moléculaire élevé induit le mouvement ionique unique, garantissant la stabilité électrique. Un tel mouvement ionique unique empêche un changement rapide du gradient de concentration du sel dans l'électrolyte, permettant de ce fait une commande adéquate du procédé d'électromouillage et garantissant la stabilité électrochimique.
Comme cela est décrit ci-dessus, le surfactant peut être contenu dans le premier ou le second liquide uniquement, ou dans les deux liquides. En fonction de la structure moléculaire du surfactant, le contenu approprié de surfactant peut varier. Toutefois, une quantité trop petite peut réduire l'effet de commande de l'énergie d'interface. D'un autre côté, une quantité trop grande peut amoindrir la stabilité du ménisque entre le liquide isolant et l'électrolyte, augmentant la viscosité due à une densité accrue, ce qui peut être une cause de dégradation de la capacité de la lentille liquide. Le premier liquide peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids de surfactant lorsque le surfactant est contenu dans le premier liquide. Le second liquide peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids de surfactant lorsque le surfactant est contenu dans le second liquide. Et chacun parmi le premier liquide et le second liquide peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids de surfactant lorsque le surfactant est contenu dans les deux liquides.
Le surfactant de la présente invention peut être un type quelconque de surfactant capable d'atteindre jusqu'à 20 dyne/cm, et de préférence de 0,1 à 20 dyne/cm d'énergie d'interface réduite entre les premier et second liquides. Le surfactant approprié pour la présente invention peut être choisi parmi, mais n'y est pas limité, un groupe comprenant un surfactant anionique, un surfactant cationique, un surfactant amphotère et non ionique, un surfactant de faible poids moléculaire et un surfactant de poids moléculaire élevé. Ici, le surfactant de faible poids moléculaire dans la présente invention comporte environ 100 à 10 000 molécules, et le surfactant de poids moléculaire élevé comporte environ au moins 10 000 molécules.
Le surfactant anionique comprend de façon classique le sel de carboxyle d'alkyle (R-COONa), le sel de sulfate d'alkyle (R-0-SO3Na), le sel de sulfonate d'alkyle (R-SO3Na), et R ici représente un groupe à base d'hydrocarbure, à base de fluorocarbone ou à base de silicium.
Le surfactant cationique comprend un sel d'amine primaire d'alkyle (R-Na2HCL), un sel d'amine secondaire d'alkyle, un sel d'amine tertiaire d'alkyle, et un ammonium quaternaire d'alkyle, où R représente un groupe à base d'hydrocarbure, à base de fluorocarbone ou à base de silicium.
Le surfactant de faible poids moléculaire peut comprendre, mais ne s'y limite pas, le sulfate sodique de lauryle, le sulfonate sodique de lauryle, le laurylate de sodium, le benzène sulfonate de n-hexyle, le sulfate d'octadécyle de sodium, le sulfonate d'octadécyle de sodium, le sulfonate de tétrapropylbenzène, l'ester de phosphate d'alkyle de sodium, le chlorure de laurylbenzylammonium, le chlorure de stéarylbenzylammonium, le chlorure de séthyltriméthylammonium, le chlorure de séthyltriméthylammonium, le chlorure de stéaryltriméthylammonium, le chlorure de stéatyltriméthylammonium, le chlorure de dystéaryldiméthylammonium, le sulfate de méthyle de méthyl-1-oléyl amide éthyl-3-oléyl imidazolinium, le méthosulfate de bis(acyloxyéthyl) hydroxyéthyl méthyl ammonium, le sulfate de méthyle de méthyl-1-oléyl amide éthyl-3-oléyl imidazolinium, le méthosulfate de bis(acyloxyéthyl) hydroxyéthyl méthyl ammonium, le sulfate de méthyle de méthyl-1-oléyl amide éthyl-3- oléyl imidazolinium, l'aminoéthylimidazoline, l'hygroéthylimidazoline, la cocoamicopropylbétaïne, la laurylbétaïne, la laurylamidopropylbétaïne, la laurylméthylhydroxysulfobétaïne, le cocoamphodiacétate de disodium et le cocoamphodiacétate/sulfate sodique de lauryle de disodium. À ce moment, le premier liquide peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids, et de façon préférée 0,01 à 5 % en poids de surfactant de faible poids moléculaire lorsque le surfactant de faible poids moléculaire est contenu dans le premier liquide. Et le second liquide peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids, et de façon préférée 0,01 à 5 % en poids de surfactant de faible poids moléculaire lorsque le surfactant de faible poids moléculaire est contenu dans le second liquide. Chacun parmi le premier et le second liquide contient 0,001 à 10 % en poids, et de façon préférée 0,01 à 5 % en poids de surfactant de faible poids moléculaire lorsque le surfactant de faible poids moléculaire est contenu dans les deux liquides.
Le surfactant de poids moléculaire élevé pouvant être utilisé dans la présente invention peut comprendre, mais ne s'y limite pas, un copolymère d'oxyde de propylène et d'oxyde d'éthylène, un copolymère d'acide acrylique et d'acrylate d'alkyle, un copolymère d'amide acrylique et d'un monomère hétéroacrylique, un alcool polyvinylique, un polyalkylphénol ajouté d'un oxyde éthylène, un sel de polyvinylpyridium et une cellulose carboxylméthylique, mais de préférence un acide polyacrylique. À ce moment, le premier liquide peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids, et de façon préférée 0,01 à 5 % en poids de surfactant polymère de poids moléculaire élevé lorsque le surfactant polymère de poids moléculaire élevé est contenu dans le premier liquide. Le second liquide peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids, et de façon préférée, 0,01 à 5 % en poids de surfactant polymère de poids moléculaire élevé lorsque 2880697 14 le surfactant polymère de poids moléculaire élevé est contenu dans le second liquide. Chacun parmi le premier et le second liquide contient 0,001 à 10 % en poids, et de façon proférée, 0,01 à 5 % en poids de surfactant polymère de poids moléculaire élevé lorsque le surfactant polymère de poids moléculaire élevé est contenu dans les deux liquides.
En outre, le premier liquide et le second liquide peuvent en outre comprendre un polymère ionique. Le polymère ionique pouvant être utilisé dans la présente invention peut comprendre, mais ne s'y limite pas, un copolymère d'AMP-acrylate, un poly(vinylpyrrolidone/diméthylaminoéthylméthacrylate), un poly(vinylpyrrolidone/diméthylaminoéthylméthacrylate) quaternaire, un copolymère d'éthylbétaïne de méthacryloyle /méthacrylate, un poly(vinylpyrrolidone/diméthyl aminoéthylméthacrylate) quaternaire et un copolymère de polyvinylpyrrolidone/acétate de vinyle. Le premier liquide peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids du polymère ionique lorsque le polymère ionique est contenu dans le premier liquide. Le second liquide peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids du polymère ionique lorsque le polymère ionique est contenu dans le second liquide. Chacun des premier et second liquides peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids du polymère ionique lorsque le polymère ionique est contenu dans les deux liquides.
En outre, bien que ne contenant pas de sel dans la molécule, une substance ayant une structure chimique montrant une fonction d'affaiblissement de l'énergie de surface peut être incluse dans au moins un des premier et second liquides. Une telle substance comprend, par exemple, les polyéthylènes glycols (R- (CH2CH2O) nH (R représente un groupe à base d'hydrocarbure, à base de fluorocarbone ou à base de silicium)) obtenus par polymérisation de composés organiques non ioniques de monomères d'oxyde d'éthylène ou d'oxyde de propylène tels que des alcools polyvalents tels que l'ester de sorbitan et le Tween. Dans ce cas, un sel peut être ajouté facultativement pour fabriquer l'électrolyte ou le liquide isolant afin d'obtenir les effets de la présente invention. Le premier liquide peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids d'une telle substance lorsque la substance est contenue dans le premier liquide. Le second liquide peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids d'une telle substance lorsque la substance est contenue dans le second liquide. Chacun des premier et second liquides peut de préférence contenir 0,001 à 10 % en poids d'une telle substance lorsque la substance est contenue dans les premier et second liquides à la fois.
En outre, le premier liquide (l'électrolyte) peut en outre contenir au moins un type de sel inorganique.
Le sel inorganique pouvant être utilisé dans la présente invention comprend un sel inorganique généralement connu pour un dispositif d'électromouillage, et peut comprendre, mais ne s'y limite pas, par exemple, un sel de sodium, un silicate, des nitrates, un nitrite, un phosphate, un borate, un sel de magnésium, un sel de fer, un sel de cuivre, un sel de zinc, du manganèse, un sel de cobalt et un sel de lithium, et de préférence le sulfate de sodium. Le premier liquide peut de préférence contenir 0,001 à 20 % en poids de sel inorganique sur le poids total.
Selon la présente invention, la lentille liquide à focale variable utilisant l'électromouillage comprend un premier liquide conducteur et un second liquide isolant, telle que au moins un parmi les premier et second liquides présente un surfactant destiné à réduire l'énergie d'interface jusqu'à 20 dyne/cm entre les premier et second liquides, et une partie d'interface entre les premier et second liquides est maintenue par le surfactant. Pour le reste des caractéristiques structurelles, un type quelconque de structure de la lentille liquide classique utilisant l'électromouillage peut être appliqué. Par exemple, sauf pour la constitution des premier et second liquides décrits ci-dessus, et la partie d'interface entre les premier et second liquides est maintenue par un surfactant, le reste des caractéristiques structurelles de la lentille liquide à focale variable selon la présente invention peut être le même que celui des lentilles liquides décrites dans les brevets US n 6 369 954, PCT WO 00/58763 et la demande de brevet japonais n 1999-155341.
Dans un mode de réalisation, la lentille liquide à focale variable de la présente invention est capable de faire varier la focale en changeant la forme du ménisque formé par le premier liquide et le second liquide qui sont non miscibles, ayant des indices de réfraction différents. Le premier liquide composé d'un électrolyte et le second liquide composé d'un liquide isolant sont disposés dans une cellule et le second liquide formant une gouttelette, et une zone de contact avec la gouttelette est formée en contact avec la gouttelette dans la cellule. De même, au moins un parmi les premier et second liquides contient un surfactant destiné à réduire l'énergie d'interface entre les premier et second liquides, moyennant quoi une partie d'interface entre les premier et second liquides est maintenue par le surfactant. Il existe également des moyens comprenant une électrode et une couche isolante disposée entre l'électrode et les premier et second liquides destinés à appliquer une tension entre l'électrode et le premier liquide, et la tension appliquée par les moyens d'application de tension est ajustée pour changer la forme du ménisque avec une tension de commande réduite.
La lentille liquide à focale variable avec la constitution ci- dessus présente un niveau relativement réduit de tension de commande, de préférence, réduit d'environ 50 par rapport à la lentille liquide à focale variable classique utilisant l'électromouillage.
La présente invention va en outre être expliquée en détail par des exemples, ce qui n'est donné qu'à titre d'exemple, mais ne limitant pas la présente invention.
Exemples
Dans ces exemples, afin de confirmer l'effet de la lentille liquide contenant le surfactant, on a préparé un électrolyte contenant un surfactant et un liquide isolant pour fabriquer la lentille liquide de la figure 3. Ensuite, on a mesuré la tension de commande et la dioptrie variable pour observer la réduction de la tension de commande. Les compositions de l'électrolyte et du liquide d'isolation sont données dans le tableau 1 afin de comparer le cas contenant le surfactant avec le cas ne contenant pas le surfactant. Pour le surfactant, on a utilisé un surfactant polymère de poids moléculaire élevé à base d'alkylacryle de fluor non ionique (3M, FC4430) et un surfactant à base de silicium (DHM, CAS: 145686-74-4). L'eau utilisée pour la préparation de l'électrolyte était 3 DW. Pour la fabrication de la lentille liquide, on a utilisé de l'huile de silicium et de l'huile de silicium de dibromohexane disponibles chez Dow Corning avec les compositions montrées dans le tableau 1.
Exemple comparatif
Fabrication de la lentille Une cellule destinée à contenir la lentille liquide utilisée dans l'expérience comporte des parties supérieure et inférieure. La partie supérieure est composée de polycyclo- oléfine transparente, la partie interne étant revêtue d'un film métallique en Ni/V de sorte que la tension est appliquée par l'intermédiaire du film métallique ayant une épaisseur de 0,25 0,02 m. La partie inférieure est faite de la même polycyclo-oléfine que la partie supérieure, la partie interne étant en contact avec l'eau est revêtue d'un film de pérylène dans une épaisseur de 2,5 0,2 m, de ce qui représente un matériau isolant polymère de poids moléculaire élevé, et sous le film isolant, un film métallique en Ni/V est revêtu dans une épaisseur de 0,25 0,02 m.
Fabrication du liquide isolant Pour le liquide isolant constituant la gouttelette, on a mélangé à 9 pour 1 l'huile de silicium DC704 (indice de réfraction: 1,6, densité : 1,07) et le dibromohexane disponibles chez Dow Corning et on les a utilisés.
Fabrication de l'électrolyte Pour le liquide conducteur, on a utilisé l'électrolyte composé de sel inorganique. C'est-à-dire, on a préparé une solution transparente contenant 20 % en poids de LiCl comme composant conducteur.
On a inséré la gouttelette et le liquide conducteur ci-dessus dans la cellule de la lentille pour obtenir un dispositif à lentille liquide. À partir de ce dispositif à lentille liquide, on a mesuré la tension de
commande et la dioptrie variable.
Mesure de la tension de commande On a augmenté progressivement la tension appliquée à la lentille liquide pour mesurer la tension au point où la courbure de la partie au niveau de laquelle l'électrolyte et le liquide isolant sont en contact l'un avec l'autre commence à changer.
Mesure par hystérésis On a mesuré la distance focale tout en augmentant progressivement la tension appliquée à la lentille liquide. Réciproquement, on a mesuré la distance focale tout en diminuant progressivement la tension appliquée à la lentille liquide. Lorsque la différence entre les deux distances focales était la plus grande, on a mesuré par hystérésis la différence entre les distances focales.
Exemples 1 à 5
Mis à part le fait que l'on a préparé le liquide conducteur et le liquide isolant pour qu'ils contiennent un surfactant polymère de poids moléculaire élevé à base d'alkylacryle de fluor non ionique (3M, FC4430) et un surfactant à base de silicum (DHM, CAS: 145686-74-4) comme cela est montré dans le tableau 1 ci-dessous, on a obtenu la lentille liquide par les mêmes procédures que dans l'exemple comparatif ci-dessus.
À l'aide de la lentille liquide obtenue à partir du procédé ci- dessus, on a mesuré la tension de commande et la dioptrie variable par les mêmes procédures que dans l'exemple comparatif.
Les compositions de l'électrolyte et du liquide 25 isolant utilisés dans l'exemple comparatif et dans les exemples 1 à 5 sont représentées dans le tableau 1.
Tableau 1. Compositions de l'électrolyte et du liquide isolant utilisés dans l'exemple comparatif et les exemples 1 à 5 (rapport pondéral) Exemple Exemple Exemple Exemple Exemple Exemple comparatif 1 2 3 4 5 i Électrolyte H2O 100 80 80 180 80 80 LiCl 0 20 20 20 20 20 Na2SO4 0,2 0 0 0 0 0 F C 4 430 ( 3 M) - - 0,003 0,003 0,01 0,01 (surfactant polymère de poids moléculaire élevé à base d'alkylacryle de fluor non ionique) Liquide DC704 (Dow Corning) 90 - 90 - 90 90 isolant (huile de silicium, indice de réfraction 1,6, densité : 1,07) DC702 (Dow Corning) - 90 - 90 - - (huile de silicium, indice de réfraction: 1,52, (densité : 1, 09) Dibromohexane 10 10 10 10 10 10 F C 4 4 30 ( 3 M) - 0,003 - 0,003 - - (surfactant polymère de poids moléculaire élevé à base d'alkylacryle de fluor non ionique) DHM (CAS: 145686- - - - - 0,01 0,005 74-4) (surfactant à base de silicium) On a évalué les capacités des lentilles liquides obtenues dans l'exemple comparatif et les exemples 1 à 5 et on les a représentées dans le tableau 2.
Tableau 2. Comparaison des distances de dioptrie variable selon la tension de commande Exemple Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3 Exemple 4 Exemple 5 comparatif Dioptrie (0 V) - 1 0 O 0 0 0 Dioptrie (40 V) 10,87 [61 72 79 71 70 Dioptrie 11,87 61 72 79 71 70 variable Comme on peut le remarquer à partir du tableau 2, par rapport à l'exemple comparatif qui n'a pas utilisé le surfactant, la lentille liquide (exemples 1 à 5) utilisant le surfactant selon la présente invention obtient une dioptrie variable plus grande au même niveau de tension, indiquant que la tension de commande nécessaire est significativement inférieure.
La lentille liquide à focale variable selon la présente invention présente un niveau réduit de tension de commande et une partie d'interface entre les deux liquides, qui sont sensiblement non miscibles, garantissant la stabilité des deux fluides.
Alors que la présente invention a été montrée et décrite en rapport avec les modes de réalisation préférés, il apparaîtra à l'homme du métier que des modifications et des variations peuvent être réalisées sans s'éloigner de l'esprit et de la portée de l'invention comme cela est défini par les revendications jointes.
Claims (20)
1. Lentille liquide à focale variable (28) utilisant l'électromouillage, comprenant un premier liquide (2) conducteur et un second liquide (4) isolant: dans laquelle au moins un parmi le premier liquide (2) composé d'un électrolyte et le second liquide (4) composé d'un liquide isolant comprend un surfactant destiné à réduire l'énergie d'interface entre les premier et second liquides, moyennant quoi une partie d'interface (3) entre les premier et second liquides (2, 4) est maintenue par le surfactant pour réduire la tension de commande.
2. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 1, dans laquelle l'énergie d'interface entre les premier et second liquides vaut 0,1 à 20 dyne/cm.
3. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 1, dans laquelle le premier liquide (2) comprend 0,001 à 10 en poids de surfactant.
4. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 1, dans laquelle le second liquide (4) comprend 0,001 à 10 % en poids de surfactant.
5. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 1, dans laquelle le premier liquide (2) comprend 0,001 à 10 % en poids de surfactant et le second liquide (4) comprend 0,001 à 10 % en poids de surfactant.
6. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 1, dans laquelle le surfactant est choisi dans un groupe consistant en un surfactant anionique, cationique, amphotère et non ionique, un surfactant de faible poids moléculaire, un surfactant de poids moléculaire élevé, et un mélange de ceux-ci.
7. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 1, dans laquelle au moins un parmi les premier et second liquides (2, 4) comprend en outre un polymère ionique.
8. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 7, dans laquelle le premier liquide (2) comprend 0,001 à 10 % en poids du polymère ionique.
9. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 7, dans laquelle le second liquide (4) comprend 0,001 à 10 % en poids du polymère ionique.
10. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 7, dans laquelle le premier liquide (2) comprend 0,001 à 10 % en poids du polymère ionique et le second liquide (4) comprend 0,001 à 10 % en poids du polymère ionique.
11. Lentille liquide à focale variable (28) capable de faire varier la focale en changeant la forme de l'interface (3) formée par un premier liquide (2) et un second liquide (4) non miscibles et ayant des indices de réfraction différents, comprenant: des moyens pour appliquer une tension entre l'électrode (26) et le premier liquide (2), les moyens d'application de tension comprenant une électrode (26) et une couche isolante (24) disposée entre l'électrode (26) et les premier et second liquides (2, 4), dans laquelle le premier liquide (2) composé d'un électrolyte et le second liquide (4) composé d'un liquide isolant sont disposés dans une cellule et le second liquide (4) formant une gouttelette, et une surface de contact avec la gouttelette est formée en contact avec la gouttelette dans la cellule, dans laquelle au moins un parmi les premier et second liquides comprend au moins un surfactant destiné à réduire l'énergie d'interface entre les premier et second liquides (2, 4), moyennant quoi une partie d'interface (3) entre les premier et second liquides (2, 4) est maintenue par un surfactant, et dans laquelle la tension appliquée aux moyens d'application de tension est ajustée pour changer la forme de l'interface avec une tension de commande réduite.
12. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 11, dans laquelle l'énergie d'interface entre les premier et second liquides (2, 4) vaut 0,1 à 20 dyne/cm.
13. Lentille liquide à focale variable (28) selon 30 la revendication 11, dans laquelle le premier liquide (2) comprend 0,001 à 10 en poids de surfactant.
14. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 11, dans laquelle le second liquide (4) comprend 0,001 à 10 % en poids de surfactant.
15. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 11, dans laquelle le premier liquide (2) comprend 0,001 à 10 % en poids de surfactant et le second liquide (4) comprend 0,001 à 10 % en poids de surfactant.
16. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 11, dans laquelle le surfactant est choisi dans un groupe consistant en un surfactant anionique, cationique, amphotère et non ionique, un surfactant de faible poids moléculaire, un surfactant de poids moléculaire élevé, et un mélange de ceux-ci.
17. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 11, dans laquelle au moins un parmi les premier et second liquides (2, 4) comprend en outre un polymère ionique.
18. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 17, dans laquelle le premier liquide (2) comprend 0,001 à 10 % en poids du polymère ionique.
19. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 17, dans laquelle le second liquide (4) comprend 0,001 à 10 % en poids du polymère ionique.
20. Lentille liquide à focale variable (28) selon la revendication 17, dans laquelle le premier liquide (2) comprend 0,001 à 10 % en poids du polymère ionique et le second liquide (4) comprend 0,001 à 10 % en poids du polymère ionique.
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