专利名称：具有高可靠性用于液体透镜的绝缘溶液以及使用该绝缘溶液的液体透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于液体透镜(liquid lens)的液体。更具体地说，本发明涉及具有特定结构用于液体透镜的绝缘溶液的硅油以及含有该硅油的绝缘溶液。
背景技术：
近年来，移动通信装置和计算机技术以及消费者的各种需求的快速增长导致了对技术改进的激烈的国际竞争，以实现具有自动聚焦(A/F)和光学变焦的透镜。作为获得具有自动聚焦(A/F)和光学变焦的透镜的一般方法，可以利用透镜的机械运动、透镜曲率的改变以及透镜的物理性能的变化。对于在数字照相机等中商业化的一般多焦点光学透镜的情况，具有预定折射率的多个透镜之间的距离必须机械地改变，因此不利地涉及高成本并占用大的空间。因此，对于体积有着严格限制的笔记本和蜂窝式电话中的多数照相机设置有不能自动聚焦的透镜。
液体透镜是一种基于电润湿现象(electrowetting phenomenon)通过变化其曲率而实现自动聚焦(A/F)和光学变焦功能的新技术。由于降低了功率消耗并使体积最小化，所以液体透镜可用作微光学变焦透镜，用于各种照相机和移动通信装置等。此外，液体透镜被广泛地用于各种应用，包括计算机部件和光学装置。
绝缘溶液必须具有化学稳定性并在操作和保存温度范围内能稳定地进行操作。绝缘溶液必须具有与导电电解质溶液相似的密度和粘度，以确保在施加电压时能容易地操作并保持绝缘溶液和电解质溶液之间的界面。
随着两种溶液之间的表面张力差异增大以及两种溶液之间的折射率差异减小，这些溶液之间的界面处的稳定性和装置性能趋向于改善。
尽管与传统液体透镜相关的许多专利申请描述了使用硅油作为用于液体透镜的绝缘溶液，这些专利申请没有具体地披露适用于液体透镜的绝缘溶液。因此，目前普通硅油被用作用于液体透镜的绝缘溶液。
然而，普通硅油并不能满足对用于液体透镜的绝缘溶液的要求，即密度、折射率和粘度条件。因此，为了满足这些要求，目前使用过量的有机添加剂和这样的硅油的混合物。
作为重复热切研究的结果，发明人发现，当使用过量的有机添加剂时，由于其亲水性而具有附着于亲水液体透镜的内表面的强烈倾向，因此对液体透镜的操作产生各种不良影响，例如不充分的操作。因此，发明人证实，必须以最小量使用有机添加剂。
发明内容
为了解决现有技术的前述问题而做出本发明，因此，本发明的一个方面提供了一种具有特定结构以适合用作液体透镜的绝缘溶液的硅油。
本发明的另一个方面提供了用于液体透镜的绝缘溶液，其在操作和保存温度范围内能稳定地操作，且具有与电解质溶液基本相同的密度和粘度，尽管使用了少量的有机添加剂。
本发明的另一个方面提供了一种适合用作液体透镜的绝缘溶液的绝缘组合物，其中绝缘组合物含有硅油和最小量的有机添加剂，因此使对与过量有机添加剂相关的液体透镜的操作的不利影响最小化。
本发明的又一个方面提供了一种液体透镜模块，其包括作为绝缘组合物的绝缘溶液以及电解质溶液。
根据本发明的一个方面，提供了一种用作液体透镜的绝缘溶液的硅油，该硅油包括至少一种选自以下结构式1至3所表示的化合物 其中，R1至R4彼此相同或不同；并且独立地选自由邻位、间位或对位被烷基或卤素取代的苯基、各自分子量为200或更低的硅烷醇、烷基以及烷氧基构成的组；
其中R1至R4如化学式1所定义的；以及 其中R1至R6如化学式1中的R1至R4所定义的。
根据本发明的另一个方面，提供了一种含有85％～90％(重量)的硅油和10％～15％(重量)的有机添加剂的绝缘组合物。
根据本发明的另一个方面，提供了一种含有硅油和有机添加剂的绝缘溶液。
根据本发明的又一个方面，提供了一种液体透镜模块，包括透明盖；用于容纳绝缘溶液和电解质溶液的容器；一对用于向电解质溶液供电的电极；以及用于覆盖与电解质溶液接触的电极之一的绝缘膜。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它方面、特征和其它优点将更清楚地被理解，附图中图1是示例说明采用含有根据本发明的化学式4所表示的硅油的绝缘溶液的用于液体透镜的液体的操作特性的示意图。
具体实施例方式
现在，将对本发明进行更详细的描述。
发明人发现，通过调节用于液体透镜的液体的密度、粘度以及折射率，同时考虑到绝缘溶液和电解质溶液之间的相关性，硅油可用于液体透镜的绝缘溶液。为了系统地确定硅油的基本物理性能，并将他们用于绝缘溶液，发明人将用分子计算化学推导计算出的物理性能的理论值与其实际测量的值进行了比较，因此实现了适合用于液体透镜的绝缘溶液的硅油结构的最优化。
根据本发明用于液体透镜的绝缘溶液的硅油可以包括至少一种选自以下化学式1至3所表示的化合物 其中，R1至R4彼此相同或不同；并且独立地选自由在邻位、间位或对位被烷基或卤素取代的苯基、各自分子量为200或更低的硅烷醇、烷基以及烷氧基构成的组； 其中R1至R4如化学式1所定义的；以及
其中R1至R6如化学式1中的R1至R4所定义的。
可以用作用于液体透镜的绝缘溶液的硅油优选为化学式2所示的化合物。
化学式2中的R1和R2彼此相同或不同，并且独立地选自由在邻位、间位或对位被烷基或卤素取代的苯基构成的组。化学式2中的R3和R4彼此相同或不同，并且为选自由各自分子量为200或更低的硅烷醇、烷基以及烷氧基构成的组中的至少一种。
化学式1至3中的每种硅油的密度为0.945～0.995g/cm3，粘度为8.0～21.5mpa·s以及折射率为1.50～1.51nD20。
优选的硅油的实例可以包括由化学式2所示的化合物衍生的以下化学式4至6所表示的化合物 更优选的是化学式4和化学式5所示的化合物。最优选的是化学式4所示的化合物。
对化学式4至6中的每种化合物的密度、粘度以及折射率进行了测量。结果示于表1中。
表1
优选地，用于液体透镜的绝缘溶液的密度为1.0g/cm3或更高，粘度为10mPa·s或更低，以及折射率为1.5nD20或更高。本发明所期望的绝缘溶液与硅油之间的物理性能的差别可以通过利用少量有机添加剂进行调节，因此实现用于液体透镜的绝缘溶液的最优化。
如由表1所看到的，随着R3和R4的分子量增加时，硅油的密度趋向于降低，而其粘度趋向于增加。由于硅油与用于液体透镜所需要的那些溶液相比具有较低的密度和较高的粘度，必须被降低有机添加剂的含量，以适合使用硅油作为用于液体透镜的绝缘溶液。因此，可以看出，分子量为90或更低的R3和R4是更优选的。
可以用来调节用于液体透镜的绝缘溶液的物理性能的有机添加剂的实例包括二溴己烷、二氯苯、1-溴-3-氯苯、1-溴-2-氯苯、溴苯、四溴己烷、1，10-二氯癸烷以及1-氯萘。
使用有机添加剂能提高硅油的密度，或降低其粘度。通过有机添加剂调节密度和粘度能将用于液体透镜的所要求的物理性能赋予硅油。
更具体地说，使用有机添加剂赋予化学式4所示的化合物增加的密度1 g/cm3或更大，并使化学式5所示的化合物的密度增加而粘度降低。
另一方面，使用普通硅油涉及过量的有机添加剂(即约30wt％)以调节作为用于液体透镜的绝缘溶液所要求的物理性能，例如密度、粘度、表面张力和/或折射率。当使用过量的有机添加剂时，由于其亲水性而具有附着于亲水的液体透镜的内表面的强烈趋向，因此对液体透镜的操作特性和其界面处的稳定性产生不利影响。因此，最优选的是，避免使用任何有机添加剂。但是，由于硅油不具有作为用于液体透镜的绝缘溶液所要求的物理性能，所以使用有机添加剂是不可避免的。
必须尽可能低地使用有机添加剂。可以用作根据本发明的绝缘溶液具有特定结构的硅油，有助于使有机添加剂的含量最小化。
该绝缘溶液含有85％～90％(重量)的硅油和10％～15％(重量)的有机添加剂，其中硅油可以包括选自化学式1至3所示化合物中的至少一种。有机添加剂的含量低于10wt％使得难以赋予硅油所期望的密度和粘度。同时，有机添加剂的含量高于15wt％将不利地导致硅油的密度和粘度的过分增加。
在化学式1至3所示的硅油中，R1至R6彼此相同或不同，并且独立地选自由以下化合物构成的组邻位、间位或对位被烷基或卤素取代的苯基、各自分子量为200或更低的硅烷醇、烷基以及烷氧基。
更优选地，化学式2所示的化合物可以用作硅油。在化学式2中的R1和R2彼此相同或不同，并且独立地选自由邻位、间位或对位被烷基或卤素取代的苯基构成的组。在化学式2中的R3和R4彼此相同或不同，并且为选自由各自分子量为200或更低的硅烷醇、烷基以及烷氧基构成的组中的至少一种。
优选的硅油的实例可以包括化学式4至化学式6所示的化合物。更优选的是化学式4和化学式5所示的化合物。最优选的是化学式4所示的化合物。
用于液体透镜的绝缘溶液可以由根据本发明的硅油制备。硅油可以含有有机添加剂。所制备的用于液体透镜的绝缘溶液的密度为1.0g/cm3或更高，等于电解质溶液的密度，折射率为1.5nD20或更高，大于电解质溶液的折射率，粘度为10.0mpa·s或更低，基本等于电解质溶液的粘度(其中两种溶液的粘度差在0.5mpa·s以内)，表面张力为30mN/m或更低。因此，该绝缘溶液能满足所有要求。
虽然本发明的绝缘溶液含有少量的有机添加剂，但与传统硅油相比，其可以有效地获得所需要的物理性能，因此解决了与有机添加剂有关的不稳定操作的问题。
本发明的绝缘溶液可以用于液体透镜的液体中。用于液体透镜的液体包括绝缘溶液和导电电解质溶液。界面形成在两种溶液之间。以减少的量使用有机添加剂有助于改善界面的稳定性，从而在操作液体透镜时稳定地保持界面。
此外，本发明提供了一种采用用于液体透镜的液体的液体透镜模块。液体透镜模块包括透明盖，用于容纳电解质溶液和绝缘溶液的容器，一对用于向电解质溶液供电的电极，以及用于覆盖与电解质溶液接触的电极之一的绝缘膜。这里使用的绝缘溶液可以与本发明所用的相同。
实施例在下文中，将参照以下实施例对本发明进行更详细地解释说明。然而，这些实施例用于说明目的而并不旨在限制本发明。
对化学式4和5所示的每种硅油以及普通硅油的密度、折射率、粘度和表面张力进行了测量。在考虑每种硅油的绝缘溶液和导电电解质溶液之间的相互关系的情况下，对硅油是否满足作为绝缘溶液的要求进行了评价。
密度、折射率、粘度和表面张力分别通过比重计、ABBE折射计、单筒旋转粘度计(single cylinder rotational viscometer)、以及KRUSS k10ST加以测量。
这里采用的化学式4所示硅油为其中R1和R2是苯基而R3和R4是异丙基的化合物。这里采用的化学式5所示硅油为其中R1和R2是苯基而R3和R4是丁基的化合物。这里采用的普通硅油为KF56(可获自Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.)。这里采用的电解质溶液为SEL02。
在硅油的密度为1g/cm3、折射率为1.5nD20或更高、粘度为10.0mpa·s或更低、以及表面张力为30mN/m或更低的情况下，硅油被评价为适合作为液体透镜的绝缘溶液而使用。考虑两种溶液之间的相关性，绝缘溶液具有与电解质溶液相同的密度，比电解质溶液大的折射率以及与电解质溶液基本相同的粘度(其中两种溶液之间的粘度差在0.5mPa·s以内)。实施例的测量结果示于表2中。
表2
由表2可以看出，本发明的硅油基本上具有如用于液体透镜的绝缘溶液的成分要求的那些相同的物理性能值，例如密度、粘度、表面张力和/或折射率。虽然有机添加剂的用量较小，但是绝缘溶液能满足这些要求。此外，绝缘溶液能满足与电解质溶液相关的必要条件。
另一方面，虽然KF56能满足对密度、粘度和表面张力的要求，但由于其折射率不足，因此其被评价为不适合用作绝缘溶液。有机添加剂的使用几乎不对折射率产生影响。因此，使用过量的有机添加剂是不可避免的。
图1示例说明了通过采用根据本发明的化学式4所示化合物作为绝缘溶液而SEL02用作电解质溶液制备的用于液体透镜的液体的操作特性。如图1所示，用于液体透镜的液体表现出稳定和优异的操作性能。
当与传统绝缘溶液相比时，采用本发明的硅油用作液体透镜的绝缘溶液能降低在绝缘组合物中含有的有机添加剂的量。此外，虽然有机添加剂的用量少，但是绝缘溶液能满足要求，因此解决了与过量有机添加剂相关的不稳定操作的问题。
尽管结合示例性的具体实施方式
说明并描述了本发明，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的条件下，可以进行各种修改和改变。
权利要求
1.一种用于液体透镜的绝缘溶液的硅油，所述硅油包括至少一种选自由以下化学式1至3所示的化合物 其中，R1至R4彼此相同或不同；并且独立地选自由邻位、间位或对位被烷基或卤素取代的苯基、各自分子量为200或更低的硅烷醇、烷基和烷氧基构成的组； 其中R1至R4如化学式1所定义的；以及 其中R1至R6如化学式1中的R1至R4所定义的。
2.根据权利要求1所述的硅油，其中，所述硅油是化学式2所示的化合物。
3.根据权利要求2所述的硅油，其中，化学式2中的R1和R2独立地为邻位、间位或对位被烷基或卤素取代的苯基，而化学式2中的R3和R4独立地为各自分子量为200或更低的硅烷醇、烷基以及烷氧基。
4.根据权利要求3所述的硅油，其中，化学式2中的R3和R4独立地为各自分子量为90或更低的硅烷醇、烷基以及烷氧基。
5.根据权利要求3所述的硅油，其中，所述化合物是选自由以下化学式4至6所表示的化合物
6.根据权利要求1所述的硅油，其中，所述硅油的密度为0.945～0.995g/cm3，折射率为1.50～1.51nD20，粘度为8～21.5mpa·s。
7.一种用于液体透镜的绝缘组合物，其含有以重量计85％～90％的硅油以及以重量计10％～15％的有机添加剂，其中，所述硅油包括至少一种选自由以下化学式1至3所表示的化合物 其中，R1至R4彼此相同或不同；并且独立地选自由邻位、间位或对位被烷基或卤素取代的苯基、各自分子量为200或更低的硅烷醇、烷基和烷氧基构成的组； 其中R1至R4如化学式1所定义的；以及 其中R1至R4如化学式1中的R1至R4所定义的。
8.根据权利要求7所述的绝缘组合物，其中，所述硅油为化学式2所示的化合物，其中R1和R2独立地为邻位、间位或对位被烷基或卤素取代的苯基，而R3和R4独立地为各自分子量为200或更低的硅烷醇、烷基以及烷氧基。
9.根据权利要求8所述的绝缘组合物，其中，所述硅油包括至少一种选自由以下化学式4至6所表示的化合物
10.根据权利要求7所述的绝缘组合物，其中，所述有机添加剂包括选自由二溴己烷、二氯苯、1-溴-3-氯苯、1-溴-2-氯苯、溴苯、四溴己烷、1，10-二氯癸烷以及1-氯萘组成的组中的至少一种。
11.一种含有硅油和有机添加剂用于液体透镜的绝缘溶液，其中，所述硅油包括至少一种选自由以下化学式1至3所表示的化合物 其中R1至R4彼此相同或不同；并且独立地选自由邻位、间位或对位被烷基或卤素取代的苯基、各自分子量为200或更低的硅烷醇、烷基和烷氧基构成的组； 其中R1至R4如化学式1所定义的；以及 其中R1至R6如化学式1中的R1至R4所定义的。
12.根据权利要求11所述的绝缘溶液，其中，所述硅油包括至少一种选自由以下化学式4至6所表示的化合物
13.根据权利要求11或12所述的绝缘溶液，其中，所述绝缘溶液的密度为1.0g/cm3或更高，等于电解质溶液的密度；折射率为1.5nD20或更高，大于所述电解质溶液的折射率；粘度为10mpa·s或更低，其中所述绝缘溶液与所述电解质溶液之间的粘度差在0.5mpa·s以内。
14.一种液体透镜模块，包括透明盖；容器，用于容纳电解质溶液和绝缘溶液；一对电极，用于向所述电解质溶液供电；以及绝缘膜，用于覆盖与所述电解质溶液接触的所述电极中的一个电极，其中，所述绝缘溶液是根据权利要求7至10任一项所述的绝缘组合物。
全文摘要
本发明披露了用于液体透镜的绝缘溶液的硅油，其满足作为液体透镜的绝缘液体的所有要求，即密度、粘度、表面张力以及折射率。该硅油包括至少一种选自由以下化学式1至3所表示的化合物，其中R
文档编号G02B3/12GK101020752SQ20071007935
公开日2007年8月22日 申请日期2007年2月15日 优先权日2006年2月15日
发明者裴宰英, 金钟允, 郑夏龙, 朴诚修 申请人:三星电机株式会社