一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关。该光开关包括上基板、腔体、介电层、疏水层、下基板、ITO电极A、ITO电极B、ITO电极C、通光孔、挡光板、染色液滴、透明圆顶柱体、无色透明液体。透明圆顶柱体被染色液滴包裹，腔体中剩余空间被无色透明液体填充，其中染色液滴导电，无色透明液体不导电，三块ITO电极并排嵌入下基板，且两两间距相等，透明圆顶柱体位于ITO电极B的正上方，通光孔位于ITO电极B的正下方，光孔直径与透明圆顶柱体的底面直径相同。该液体光开关能实现可变光孔，并且能够克服重力效应。
【专利说明】—种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关
【技术领域】
[0001]本发明涉及非机械式光开关技术，更具体地说，本发明涉及一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关技术。
【背景技术】
[0002]光开关是对光信号起通断作用的器件，其在通讯和信息显示等领域都有重要应用。基于固体元件制作的光开关是当今国际的主流，但其仍存在很多问题亟待解决。例如，成本高，体积大，存在机械磨损等。液体光开关的发展正好为解决这些问题提供了一个新的思路。液体光开关是一种调制入射光的液体器件，主要应用于光衰减器、可调虹膜和信息显示等方面。尤其是可变光孔的液体光开关作为可调虹膜在成像系统中有着巨大的应用空间。目前已知的液体光开关驱动方式有电压控制、微流体控制、机械力控制、热力控制和气压控制等。其中电压控制是最实用和最有应用前景的驱动方式。介电力效应和电湿润效应是电压驱动控制的两种主要机理。基于介电力效应的液体光开关响应快，工作电压低，但是由于介电力本身比较微弱，这就限制了基于介电力效应的液体光开关的尺寸在微米量级以内，并且光强比率较低，均在100:1以内。而基于电湿润效应的光开关有着对比度高，衰减范围广，响应时间快等优点。因此，实现基于电湿润效应的液体光开关，在实际应用中具有重要意义。
【发明内容】
[0003]本发明提出一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关，如附图1所示，包括:上基板、腔体、介电层、疏水层、下基板、ITO电极A、ITO电极B、ITO电极C、通光孔、挡光板、染色液滴、透明圆顶柱体、无色透明液体；透明圆顶柱体被染色液滴包裹，腔体中剩余空间被无色透明液体填充，其中染色液滴导电，无色透明液体不导电，三块ITO电极并排嵌入下基板，且两两间距相等，透明圆顶柱体位于ITO电极B的正上方，通光孔位于ITO电极B的正下方，光孔直径与透明圆顶柱体的底面直径相同。
[0004]如附图1所示，在初始状态时，透明圆顶柱体完全浸没在染色液滴中，此时，通光孔被染色液滴遮挡，液体开关处于光关状态。将ITO电极B接地，ITO电极A和ITO电极C连通后外加电压U，染色液滴由于电湿润效应，会产生形变，如附图2所示。此时，透明圆顶柱体从染色液滴中探出，形成一条光通道，液体开关切换至光开状态。随着外加电压逐渐增大，透明圆顶柱体探出的部分也会增大，从而实现可变光孔的光开关功能。
[0005]优选地，三块ITO电极长度相同，长J1≥13mm且J1≤15mm, ITO电极A和ITO电极C的宽度相同，宽≥6mm且t/2 < 8mm, ITO电极B的宽度t/3≥3mm且t/3 < 4mm,三块ITO电极两两间隔，且间距相同，间距?/4≥0.15mm且?/4≤0.25mm。
[0006]优选地,腔体长cl5 ≥ 12mm 且 t/5 < Or1,宽 ￡/6=2￡/2+￡/3+2?/4,高 t/7 ≥ 8mm 且 t/7 < 10mm。
[0007]优选地,上下基板尺寸相同，长Or8=Or1,宽且t/9 < 20mm。
[0008]优选地，透明圆顶柱体的直径t/1(i≥3.2mm且<JW ^ 3.4mm,高度t/n≥1.5mm且d11 ≤1.7mmη
[0009]优选地,染色液滴直径d12≥4.5mm且d12 ≤ 5mm。
[0010]优选地,挡光板长Or13=Or8,宽du=dg，通光孔直径di5=dw。
[0011]优选地，腔体中无色透明液体和染色液滴的密度相同。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]附图1为一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关的光关状态不意图。
[0013]附图2为一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关的光开状态示意图。
[0014]附图3为实施例中光衰减度随外加电压变化的示意图。
[0015]上述各附图中的图示标号为:
I上基板、2腔体、3介电层、4疏水层、5下基板、6 ITO电极A、7 ITO电极B、8 ITO电极C、9通光孔、10挡光板、11染色液滴、12透明圆顶柱体、13无色透明液体。
[0016]应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
【具体实施方式】
[0017]下面详细说明本发明提出的一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述
【发明内容】
对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0018]本发明的一个实施例，该光开关包括上基板、腔体、介电层、疏水层、下基板、ITO电极A、ITO电极B、ITO电极C、通光孔、挡光板、染色液滴、透明圆顶柱体、无色透明液体。所述上基板、下基板和腔体均由PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)材料制成，上下基板尺寸一致，均为1 3mmX 18mm,腔体尺寸为1 2mmX 16mmX 8mm, ITO电极A和ITO电极C尺寸均为13mmX 3mm，ITO电极B的尺寸为13mmX6mm，在三块ITO电极表面镀上一层IMm厚的Parylene-C作为介电层，然后在ITO电极A和ITO电极C的表面再镀上一层3Mm厚的Teflon作为疏水层。透明圆顶柱体的底面直径为3.2mm,高度为4.5_。通光孔的直径为3.2mm,挡光板尺寸为13mmX18mm。染色液滴为碳墨和氯化钠溶液按照一定比例混合而成,密度为1.20g/cm3,无色透明液体为光学液体SL-5267，密度为1.20 g/cm3。如附图1所示，初始状态时，染色液滴直径约为6.8_，其将透明圆顶柱体完全包裹，入射光通过液体器件后被染色液滴完全吸收，此时，液体光开关处于“关”状态。如附图2所示，将ITO电极B接地，ITO电极A和ITO电极C连通后外加电压U，在电湿润效应的作用下，染色液滴曲率半径会逐渐增大，透明圆顶柱体的顶端将探出染色液滴，与周围填充的无色透明液体形成一个光通道，此时，液体光开关处于“开”状态。随着施加电压的变化，光孔直径也是在一定范围内变化的。撤除电压后，由于染色液滴同透明圆顶柱体之间的表面张力小于液滴分子之间的吸引力，染色液滴会自动恢复到初始形态，这样，液体光开关又恢复到了“关”状态。至此，该发明实现了一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关。
[0019]附图3是实施例中光衰减度随外加电压变化的示意图。按照本实施例中所设置的参数，该光开关的最大光衰减范围为0dB~29dB，光透过损失为0.73dB，光孔直径的变化范围为0-2.8mm，该光开关的开启和关闭的响应时间分别为98ms和144ms。
【权利要求】
1.一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关，包括:上基板、腔体、介电层、疏水层、下基板、ITO电极A、ITO电极B、ITO电极C、通光孔、挡光板、染色液滴、透明圆顶柱体、无色透明液体；透明圆顶柱体被染色液滴包裹，腔体中剩余空间被无色透明液体填充，其中染色液滴导电，无色透明液体不导电，三块ITO电极并排嵌入下基板，且两两间距相等，透明圆顶柱体位于ITO电极B的正上方，通光孔位于ITO电极B的正下方，光孔直径与透明圆顶柱体的底面直径相同。
2.根据权利要求1所述的一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关，其特征在于，三块ITO电极长度相同，长J1≤13mm且J1 ( 15mm, ITO电极A和ITO电极C的宽度相同，宽Or2 > 6mm且t/2 < 8mm, ITO电极B的宽度t/3 ^ 3mm且t/3 < 4mm,三块ITO电极两两间隔，且间距相同，间距t/4 ^ 0.15mm且t/4 < 0.25mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关，其特征在于，腔体长 Or5 ^ 12mm 且 t/5 < Or1,宽 ￡/6=2￡/2+￡/3+2?/4,高 d7 > 8mm 且 t/7 < 10mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关，其特征在于，上下基板尺寸相同，长Or8=Or1,宽?/9>?/6且Or9 < 20mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关，其特征在于，透明圆顶柱体的直径dw ^ 3.2mm且dw ^ 3.4mm,高度t/n ^ 1.5mm且t/n ^ 1.7mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关，其特征在于，染色液滴直径(Ivi ^ 4.5mm且t/12 ^ 5mm。
7.根据权利要求1 所述的一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关，其特征在于，挡光板长dy^d%,宽Or14=Or9,通光孔直径?/15=?/1(ι。
8.根据权利要求1所述的一种基于电湿润效应的可变光孔液体光开关，其特征在于，腔体中无色透明液体和染色液滴的密度相同。
【文档编号】G02B26/02GK103901607SQ201410128499
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】王琼华, 王明欢, 刘超 申请人:四川大学