一种可连续调节光通量的光开关装置制造方法
【专利摘要】一种可连续调节光通量的光开关装置，包括上基板、下基板、侧壁和填充液体；上基板和下基板由侧壁支撑，构成了一个腔体，该腔体内充满极性不透光的水性液体和非极性透光的油性液体；下基板靠近腔体的一侧覆盖有透明导电层，透明导电层靠近腔体的一侧中央设置有一个透明的表面平整的块状凸起结构；该结构上表面覆盖有普通疏水层；普通疏水层中央嵌有超疏水层；侧壁具有导电性，侧壁靠近腔体的一侧均匀覆盖有疏水介质层；整个装置利用电湿润效应，通过控制水性液体所占面积，完成光通量的持续控制。利用材料本身的性能完成调节开关功能，完全不依赖微机械部件，具备良好的稳定性与实用性。
【专利说明】一种可连续调节光通量的光开关装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光开关装置，尤其是一种可连续调节光通量的光开关装置。
【背景技术】
[0002]电润湿技术是近年来得到广泛应用研究的新型微流体技术，其具有功耗低、响应速度快、器件结构简单、体积小等特点。基于电润湿技术的新型光电元器件由于没有复杂的微机械部件，从而排除了因微机械部件损耗还产生故障的缺点，具备优异的应用价值。目前主流的光开关是用不透光的隔板中断光线传输，在MEMS (微机电系统)中，应用平面镜的微位移或角度旋转改变反射光线的光路，从而中断光的传输，这类光开关依赖于精密的MEMS工艺，且在使用中，存在微机械部件的反复位移，长久使用存在部件磨损及器件损坏的风险。如何避免使用复杂的微机械部件而达到同样的目的，成为了技术研究的方向。
【发明内容】
[0003]发明目的:为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可连续调节光通量的光开关装置，可以通过电信号对液体表面张力的动态可恢复调整实现光通量的连续调整，解决了现有技术中微机械部件磨损的问题。
[0004]技术方案:一种可连续调节光通量的光开关装置，包括上基板、下基板、侧壁和填充液体；所述上基板和下基板由侧壁支撑，构成了一个腔体，该腔体内充满填充液体；
[0005]填充液体包括极性不透光的水性液体和非极性透光的油性液体；
[0006]侧壁具有导电性，侧壁靠近腔体的一侧均勻覆盖有疏水介质层；
[0007]下基板靠近腔体的一侧覆盖有透明导电层，透明导电层靠近腔体的一侧中央设置有一个透明的块状凸起结构；所述凸起结构表面平整，上表面覆盖有普通疏水层；所述普通疏水层中央嵌有超疏水层；
[0008]普通疏水层与水性液接触角为110° ;所述超疏水层与水性液体接触角大于150。。
[0009]上基板和下基板为可见光透射率高的材料制成；透明导电层为透明氧化铟锡；超疏水层具有高透明性；凸起结构为聚二甲基硅氧烷或光玻璃。选择透光性能好的材料可以有效降低光源通过本装置的折损，提高了可见光的透射率。
[0010]有益效果:
[0011](I)整个装置利用材料本身的性能完成调节开关功能，完全不依赖微机械部件，具备良好的稳定性与实用性，解决了现有技术使用微机械部件的易损坏的问题；
[0012](2)通光面均采用高透光性能的材料，有效提高可见光的透射率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本装置处于关状态时的剖示图
[0014]图2为本装置处于开状态时的剖示图[0015]图3为本装置连续调节通光量由弱到强过程俯视图【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0017]如图1所示，一种可连续调节光通量的光开关装置，本装置主要利用电湿润效应完成工作，装置包括上基板11、下基板12、侧壁13和填充液体；上基板11和下基板12由侧壁13支撑,构成了一个腔体,腔体内充满填充液体；
[0018]填充液体包括极性不透光的水性液体20和非极性透光的油性液体19，这两种液体不混溶。水性液体20为水、盐溶液等通过染色获得的不透光的极性液体；油性液体19填充满了腔体内除了水性液体20之外的其他空间。
[0019]侧壁13具有导电性，起到支撑上下基板的作用。侧壁13靠近腔体的一侧均匀覆盖有疏水介质层14 ；
[0020]下基板12靠近腔体的一侧覆盖有透明导电层15，透明导电层15靠近腔体的一侧中央设置有一个透明的块状凸起结构16 ;凸起结构16表面平整，上表面覆盖有普通疏水层17 ;普通疏水层17中央嵌有超疏水层18 ；
[0021]普通疏水层17与水性液体20接触角为110° ;超疏水层18与水性液体20接触角大于150°。
[0022]上基板11和下基板12为可见光透射率高的材料制成，且材料要求具有耐油性、耐水性，本实施例中选用了光玻璃。
[0023]疏水介质层14作为电润湿效应的核心元素，均匀覆盖在电润湿驱动电极13表面，其材质可以是含氟聚合物，例如聚四氟乙烯或其他具有相同作用的材料。
[0024]透明导电层15由透明导电材质制成，本实施例中选择了氧化铟锡。
[0025]凸起结构16是一个透明块状结构，材料可以选择聚二甲基硅氧烷(PDMS)或光玻
墙坐
[0026]超疏水层18具有高透明性，可以是含氟聚合物做成的微纳米结构，或者是利用含氟聚合物进行表面修饰的普通微纳米结构。该超疏水层18有效地将不透光的水性液体20排除在超疏水层18覆盖的区域以外，光源可以通过超疏水层18透出，即可获得初始光通量。通过改变超疏水层18的面积大小可灵活改变初始通光量。
[0027]以上提到的材料并不局限于列举的材料，可以用功能相似的材料进行替换。
[0028]如图2所示，当本装置处于开状态时，在侧壁13和电极层15之间施加电润湿驱动信号，水性液体20和疏水介质层14的界面会发生持续地增加，从而使水性液体20在疏水介质层14表面发生持续地浸润，浸润过程中，水性液体20会从普通疏水层17表面逐渐向侧壁方向移动，从而使不透光的水性液体20覆盖普通疏水层17面积持续减小，同时透明的油性液体19填充区域增大。
[0029]该过程如图3所示，图中从左向右来看，随着不透光的水性液体20的可视面积持续减小，油性液体19填充区域增大，使得光通量持续增加，达到了可连续调整光通量的目的，从而实现了对光通量大小的连续调节。整个装置不存在可移动的机械部件，从而排除了因机械部件磨损而出现的装置损坏的缺陷，改进了现有技术。
[0030]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种可连续调节光通量的光开关装置，包括上基板(11)、下基板(12)、侧壁(13)和填充液体；所述上基板(11)和下基板(12)由侧壁(13)支撑，构成了一个腔体，该腔体内充满填充液体； 其特征在于，所述填充液体包括极性不透光的水性液体(20)和非极性透光的油性液体(19)； 所述侧壁(13)具有导电性，侧壁(13)靠近腔体的一侧均匀覆盖有疏水介质层(14); 所述下基板(12)靠近腔体的一侧覆盖有透明导电层(15)，透明导电层(15)靠近腔体的一侧中央设置有一个透明的块状凸起结构(16);所述凸起结构(16)表面平整，上表面覆盖有普通疏水层(17);所述普通疏水层(17)中央嵌有超疏水层(18)； 所述普通疏水层(17)与水性液体(20)接触角为110° ;所述超疏水层(18)与水性液体(20)接触角大于150°。
2.如权利要求1所述一种可连续调节光通量的光开关装置，其特征在于:所述上基板(11)和下基板(12)为可见光透射率高的材料制成。
3.如权利要求1所述一种可连续调节光通量的光开关装置，其特征在于:所述透明导电层(15)为透明氧化铟锡。
4.如权利要求1所述一种可连续调节光通量的光开关装置，其特征在于:所述超疏水层(18)具有高透明性。
5.如权利要求1所述一种可连续调节光通量的光开关装置，其特征在于:所述凸起结构(16 )为聚二甲基硅氧烷或光玻璃。
【文档编号】G02B26/00GK103760664SQ201410001360
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】吴俊 , 夏军, 雷威, 王保平 申请人:东南大学