用于液体透镜制剂的基于萘基的高折射率疏水液体和透射率恢复剂
相关申请的交叉引用
本申请依据35U.S.C.§120要求于2018年5月25日提交的第15/989,989号的美国申请的优先权权益，该美国申请依据35U.S.C.§119要求2018年3月22日提交的第62/646,809号的美国临时申请和2018年4月17日提交的第62/658,757号的美国临时申请的优先权权益，上述每件申请的内容通过引用全文纳入本文。
技术领域
本公开涉及液体透镜，更具体地，涉及使用高折射率疏水液体的液体透镜，所述高折射率疏水液体使用基于萘基的化合物和透射率恢复剂配制。
背景技术
常规基于电润湿的液体透镜基于设置在腔室中的两种不混溶液体，即，油相和导电相，导电相基于水。这两种液相通常在包含电介质材料的隔离基材上形成三重界面。改变施加于液体的电场可改变其中的一种液体相对于腔室壁的润湿性，这具有改变形成于这两种液体之间的弯月面的形状的作用。另外，在各种应用中，弯月面的形状改变导致了透镜的焦距改变。
水一般用作导电相的主组分，因为水提供的高极性组分易于使盐溶解。然而，基于水的导电相的突出弊端是水的挥发性，特别是当电润湿装置用于温暖或热环境中时，在这种情况中，腐蚀风险可使油液相和电润湿装置自身均受损。另外，对于液体透镜应用，水的使用频繁地导致其随着时间缓慢蒸发，并且水泄漏到液体透镜外部。结果，当损失过多的水时，在液体透镜中将出现空气泡，这导致液体透镜失效。需要找到一种油，其抵抗腐蚀性的水性导电相，同时还提供折射率和其他期望性质。
因此，需要用于液体透镜构造的液体，其提供改进的化学和温度稳定性，这可转化为改进的液体透镜可靠性、性能和制造成本。
发明内容
根据本公开的一些方面，提供了一种电润湿光学装置。所述电润湿光学装置包括导电性液体和非导电性液体，所述非导电性液体包括具有式(I)、式(II)和/或式(III)的基于萘的化合物：
其中，R1、R2和R3独立地为烷基、芳基、烷氧基或芳氧基；X选自碳、硅、锗、锡和铅；并且Z选自氧、硫、硒、碲和钋。所述电润湿光学装置还包括与导电性液体和非导电性液体接触的电介质表面。导电性液体和非导电性液体是不混溶的。
根据本公开的另一些方面，提供了一种电润湿光学装置。所述电润湿光学装置包括导电性液体和非导电性流体，所述非导电性流体包括具有式(I)、式(II)和/或式(III)的基于萘的化合物：
其中，R1、R2和R3独立地为烷基、芳基、烷氧基或芳氧基；X选自碳、硅、锗、锡和铅；并且Z选自氧、硫、硒、碲和钋。所述非导电性流体还包括具有式(IV)和/或式(V)的透射率恢复剂：
其中，R4是烷基、氟烷基、芳基、烷氧基或芳氧基。导电性液体和非导电性液体是不混溶的。
根据本公开的另外的方面，提供了一种非导电性液体。非导电性流体包括具有式(I)、式(II)和/或式(III)的基于萘的化合物：
其中，R1、R2和R3独立地为烷基、芳基、烷氧基或芳氧基；X选自碳、硅、锗、锡和铅；并且Z选自氧、硫、硒、碲和钋。非导电性流体还包括具有式(IV)和/或式(V)的透射率恢复剂：
其中，R4是烷基、氟烷基、芳基、烷氧基或芳氧基。
根据本公开的另一些方面，提供了一种制造电润湿光学装置的方法。所述方法包括：提供导电性液体和非导电性液体，所述非导电性液体包括具有式(I)、式(II)和/或式(III)的基于萘的化合物：
其中，R1、R2和R3独立地为烷基、芳基、烷氧基或芳氧基；X是选自碳、硅、锗、锡和铅的14族元素；并且Z是选自氧、硫、硒、碲和钋的16族元素。非导电性液体还包括具有式(IV)和/或式(V)的透射率恢复剂：
其中，R4是烷基、氟烷基、芳基、烷氧基或芳氧基。所述方法还包括：使导电性液体和非导电性液体均接触电介质表面。导电性液体和非导电性液体是不混溶的。
在以下的具体实施方式中给出了其他特征和优点，这些特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的各个实施方式而被认识。
应当理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例性的，且旨在提供理解要求保护的本公开和所附权利要求书的性质和特性的总体评述或框架。
包括的附图提供了对本公开原理的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了一个或多个实施方式，并与说明书一起通过示例的方式用以解释本公开的原理和操作。应理解，在本说明书和附图中公开的本公开的各种特征可以任意组合和所有组合使用。作为非限制性实例，本公开的各个特征可以根据以下实施方式相互组合。
附图简要说明
以下是对附图中各图的描述。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意图方式显示。
在附图中：
图1是根据本公开的一些实施方式所述的一种示例性电润湿光学装置的截面示意图。
图2是根据本公开的一些实施方式，提供了各种液体透镜构造的透射率恢复时间的一组透射率曲线，所述各种液体透镜构造包括或者缺少透射率恢复剂。
图3根据本公开的一些实施方式，为提供了包括透射率恢复剂的液体透镜构造和缺少透射率恢复剂的液体透镜构造的透射率恢复时间的一对透射率曲线。
图4A-4B是使用不包含透射率恢复剂的透镜时，在热冲击之前和之后拍摄的图像。
图5A-5B是使用包含本公开的一些实施方式的透射率恢复剂的透镜时，在热冲击之前和之后拍摄的图像。
优选实施方式详述
在以下的具体实施方式中将给出其他特征和优点，对本领域的技术人员而言，这些特征和优点根据所作描述就可以容易地看出，或者通过实施如以下描述中所述的实施方式，连同权利要求和附图而被认识。
文中所用的术语“和/或”在用于两项或更多项的罗列时，表示所列项中的任何一项可以单独使用，或者可以使用所列项中的两项或更多项的任意组合。例如，如果描述一种组合物含有组分A、B和/或C，则该组合物可只含有A；只含有B；只含有C；含有A和B的组合；含有A和C的组合；含有B和C的组合；或含有A、B和C的组合。
在本文中，相对的术语，例如第一和第二，顶部和底部等仅用于区分一个实体或行为与另一个实体或行为，而非必须要求或暗示这些实体或行为之间的任何实际的这种关系或顺序。
本领域技术人员和作出或使用本公开的技术人员能够对本公开进行修改。因此，应理解，附图所示和上文所述的实施方式仅用于例示的目的，并且不旨在限制本公开的范围，根据专利法的原则(包括等同原则)所解释的，本公开的范围由所附权利要求限定。
出于本公开的目的，术语“连接”(所有形式的：连接、连接着的、相连接的等)一般意味着两个部件彼此直接或间接地结合。这种结合本质上可以是静止的或者本质上是可移动的。这种结合可以通过两个部件与任何另外的中间构件彼此一体地形成为单个整体来实现，或者通过该两个部件来实现。除非另有说明，否则这种结合本质上可以是永久性的，或者本质上可以是可移除的或可释放的。
如本文所用，术语“约”指量、尺寸、公式、参数和其他数量和特征不是精确的且无需精确的，但可按照要求是大致的和/或更大或者更小，如反射公差、转化因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员所知的其他因子。当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解本公开包括所参考的具体值或者端点。无论说明书中的范围的数值或端点是否使用“约”列举，范围的数值或端点旨在包括两种实施方式：一种用“约”修饰，另一种未用“约”修饰。还应理解，每个范围的端点在与另一个端点有关及独立于另一个端点时都是重要的。
本文所用的术语“基本”、“基本上”及其变化形式旨在表示所述的特征等于或近似等于一数值或描述。例如，“基本上平坦的”表面旨在表示平坦的或大致平坦的表面。此外，“基本上”旨在表示两个数值相等或近似相等。在一些实施方式中，“基本上”可以表示彼此相差在约10％之内的值，例如彼此相差在约5％之内的值，或彼此相差在约2％之内的值。
本文所用的方向术语，例如上、下、右、左、前、后、顶、底，仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来表示绝对的取向。
本文所用的术语“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，并且不应局限为“仅一个(一种)”，除非有明确相反的说明。因此，例如，提到的“一个部件”包括具有两个或更多个这类部件的实施方式，除非上下文有另外明确的表示。
术语“非混溶”和“不混溶”是指当一起添加时不形成均匀混合物，或者当将一种液体添加到另一种液体时极少混合的液体。在本说明书和所附权利要求书中，当两种液体的部分混溶性低于2％，低于1％，低于0.5％或低于0.2％时，认为这两种液体是不混溶的，所有数值均在给定温度范围内测量，例如，在20℃时测量。本文中的液体在宽的温度范围内具有低互混性，包括例如-30℃至85℃和-20℃至65℃。
本文所用的术语“导电性液体”意为电导率为约1x10-3 S/m至约1x102 S/m、约.1S/m至约10S/m、或约.1S/m至约1S/m的液体。本文所用的术语“非导电性液体”意为电导率小于约1x10-8 S/m、小于约1x10-10 S/m或小于约1x10-14 S/m的液体。
在各个实施方式中，提供了一种电润湿光学装置。所述电润湿光学装置包括导电性液体和非导电性液体。非导电性液体包括具有式(I)、式(II)和/或式(III)的基于萘的化合物：
其中，R1、R2和R3独立地为烷基、芳基、烷氧基或芳氧基；X是14族元素，包括碳、硅、锗、锡、铅及其组合；并且Z是16族元素，包括氧、硫、硒、碲、钋及其组合。所述电润湿光学装置还包括与导电性液体和非导电性液体均接触的电介质表面，其中，导电性液体和非导电性液体是不混溶的。
在一些实施方式中，导电性液体还可包括具有式(IV)和/或式(V)的透射率恢复剂：
其中，R4是烷基、氟烷基、芳基、烷氧基或芳氧基。在使用透射率恢复剂的实施方式中，所述电润湿光学装置将包括与导电性液体和非导电性液体均接触的电介质表面，其中，导电性液体和非导电性液体是不混溶的。
如下图1中更详细描述的，电润湿光学装置或液体透镜的室一般由两个透明绝缘板和侧壁限定。非平面的下板包括锥形或圆柱形凹陷或凹处，其含有非导电性或绝缘液体。室的剩余部分填充有导电性液体，其与绝缘液体不混溶，并且具有不同的折射率和基本相同的密度。一个或多个驱动电极位于凹处的侧壁上，而下板的一部分背面提供电接触。在驱动电极与相应液体之间可以引入绝缘薄层，以在电介质表面上提供具有长期化学稳定性的电湿润性。共用电极与导电性液体接触。根据电极之间施加的电压V，通过电润湿现象可改变这两种液体之间的界面的曲率。因此，在液滴区域中,与板正交地穿过室的光束将根据所施加的电压聚焦到更大或更小的程度。导电性液体一般是含盐的水性液体。非导电性液体一般是油、烷烃或烷烃混合物，其可以是卤化的。
在一些实施方式中，可调整共用电极处的电压与驱动电极处的电压之间的电压差。可控制和调整电压差以沿着腔体侧壁将液体之间的界面(即，弯月面)移动到期望位置。通过沿着腔体的侧壁移动界面，可改变液体透镜的聚焦(例如屈光度)、倾斜、像散性和/或高阶像差。另外，在液体透镜的操作期间，可改变液体透镜及其成分的介电和/或表面能性质。例如，液体和/或绝缘元件的介电性质可响应于随着时间暴露于电压差，温度变化和其他因素而改变。又例如，绝缘元件的表面能可响应于随着时间暴露于第一液体和第二液体而改变。在另一些实例中，在导电极性液体的成分(其可含有高亲核性物质)与非导电性液体的成分之间可存在化学反应。进而，液体透镜的性质及其成分(例如，其绝缘元件或液体)的性质改变可降低液体透镜的可靠性和性能特征。
液体透镜结构
现在参考图1，该图提供了一种示例性液体透镜100的简化截面图。该液体透镜100的结构并不意味着限制，并且可包括本领域已知的任何结构。在一些实施方式中，液体透镜100可以包括透镜主体102和在透镜主体中形成的腔体104。在腔体104中可以设置有第一液体106和第二液体108。在一些实施方式中，第一液体106可以是极性液体，也被称为导电性液体。附加或替代地，第二液体108可以是非极性液体和/或绝缘液体，也被称为非导电性液体。在一些实施方式中，第一液体106和第二液体108可以彼此不混溶并且具有不同的折射率，以使得第一液体与第二液体之间的界面110形成透镜。在一些实施方式中，第一液体106和第二液体108可以具有基本上相同的密度，这可有助于避免界面110的形状因为液体透镜100的物理取向改变(例如因重力所致)而发生改变。
在图1所示的液体透镜100的一些实施方式中，腔体104可以包括第一部分或顶部空间104A以及第二部分或基底部分104B。例如，腔体104的第二部分104B可以由本文所述的液体透镜100的中间层中的孔(bore)限定。附加或替代地，腔体104的第一部分104A可以由液体透镜100的第一外层中的凹处限定并且/或者设置在如本文所述的中间层中的孔之外。在一些实施方式中，至少一部分的第一液体106可以被设置在腔体104的第一部分104A中。附加或替代地，第二液体108可以被设置在腔体104的第二部分104B内。例如，基本上所有或一部分的第二液体108可以被设置在腔体104的第二部分104B内。在一些实施方式中，界面110的周界(例如，与腔体侧壁接触的界面边缘)可以被设置在腔体104的第二部分104B内。
液体透镜100的界面110(参见图1)可以通过电润湿来调整。例如，可在第一液体106与腔体104的表面之间施加电压(例如，一个/多个驱动电极位于腔体表面附近并与如本文所述的第一液体隔绝)以相对于第一液体增加或降低腔体表面的润湿性并改变界面110的形状。在一些实施方式中，调整界面110可以改变界面的形状，这改变了液体透镜100的焦距或焦点。例如，焦距的这种改变能够使液体透镜100执行自动对焦功能。附加或替代地，调整界面110可以使界面相对于液体透镜100的光轴112倾斜。例如，除了提供像散性变化或高阶光学像差校正外，这种倾斜能够使液体透镜100执行光学稳像(OIS)功能。可以实现界面110的调整而无需使液体透镜100相对于图像传感器，固定透镜或透镜堆叠体，壳体，或其中可包含液体透镜的摄像模块的其他部件物理移动。
在一些实施方式中，液体透镜100的透镜主体102可以包括第一窗114和第二窗116。在一些这样的实施方式中，腔体104可以被设置在第一窗114与第二窗116之间。在一些实施方式中，透镜主体102可以包括多个层，这些层配合形成透镜主体。例如，在图1所示的实施方式中，透镜主体102可以包括第一外层118、中间层120和第二外层122。在一些这样的实施方式中，中间层120可以包括贯穿其中形成的孔。第一外层118可以结合于中间层120的一侧(例如，物方侧)。例如，第一外层118可以在结合部134A处结合到中间层120。结合部134A可以是粘合剂结合部、激光结合部(例如，激光焊接)、机械封闭、或能够将第一液体106和第二液体108维持在腔体104中的任何另外合适的结合部。附加或替代地，第二外层122可以结合于中间层120的另一侧(例如，像方侧)。例如，第二外层122可以在结合部134B和/或结合部134C处结合于中间层120，所述结合部134B和结合部134C各自可以如本文关于结合部134A所述来构造。在一些实施方式中，中间层120可以被设置在第一外层118与第二外层122之间，中间层中的孔在相对的侧上可以被第一外层和第二外层覆盖，并且腔体104的至少一部分可以被限定在孔中。因此，覆盖腔体104的一部分第一外层118可以用作第一窗114，并且覆盖腔体的一部分第二外层122可以用作第二窗116。
在一些实施方式中，腔体104可以包括第一部分104A和第二部分104B。例如，在图1所示的实施方式中，腔体104的第二部分104B可以由中间层120中的孔限定，并且腔体的第一部分104A可以被设置在腔体的第二部分与第一窗114之间。在一些实施方式中，第一外层118可以包括如图1所示的凹处，并且腔体104的第一部分104A可以被设置在第一外层中的凹处内。因此，腔体的第一部分104A可以被设置在中间层120中的孔之外。
在一些实施方式中，腔体104(例如，腔体的第二部分104B)可以如图1所示成锥形，使得腔体的截面积在从物方侧到像方侧的方向上沿着光轴112减小。例如，腔体104的第二部分104B可以包括窄端105A和宽端105B。术语“窄”和“宽”是相对术语，意为窄端比宽端更窄。这种锥形腔体可有助于维持第一液体106和第二液体108之间的界面110沿着光轴112对准。在另一些实施方式中，腔体成锥形，以使得腔体的截面积在从物方侧到像方侧的方向上沿着光轴增加，或者腔体不成锥形，以使得腔体的截面积沿着光轴基本上保持恒定。
在一些实施方式中，图像光可以通过第一窗114进入如图1所示的液体透镜100，可以在第一液体106与第二液体108之间的界面110处被折射，并且可以通过第二窗116离开液体透镜。在一些实施方式中，第一外层118和/或第二外层122可以包含足够的透明度以能够使图像光通过。例如，第一外层118和/或第二外层122可以包含聚合物、玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料。在一些实施方式中，第一外层118和/或第二外层122的外表面可以基本上是平面。因此，即使液体透镜100可用作透镜(例如，通过折射通过界面110的图像光)，但是液体透镜的外表面可以是平坦的，而不像固定透镜的外表面那样弯曲。在另一些实施方式中，第一外层和/或第二外层的外表面可以是弯曲的(例如凹面或凸面)。因此，液体透镜可以包括集成的固定透镜。在一些实施方式中，中间层120可以包括金属、聚合物、玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料。由于图像光可通过中间层120中的孔，因此中间层可以是或可以不是透明的。
在一些实施方式中，液体透镜100(参见图1)可以包括共用电极124，其与第一液体106电连通。附加或替代地，液体透镜100可以包括一个/或多个驱动电极126，其被设置在腔体104的侧壁上并且与第一液体106和第二液体108隔绝。可向共用电极124和一个或多个驱动电极126施加不同的电压以改变如本文所述的界面110的形状。
在一些实施方式中，液体透镜100(参见图1)可以包括导电层128，其至少一部分被设置在腔体104内。例如，导电层128可以包括导电涂层，所述导电涂层在第一外层118和/或第二外层122结合到中间层之前被施涂于中间层120。导电层128可以包含金属材料、导电聚合物材料、另一种合适的导电材料、或其组合。附加或替代地，导电层128可以包括单个层或多个层，其中的一些或全部可以是导电的。在一些实施方式中，导电层128可以限定共用电极124和/或一个或多个驱动电极126。例如，在第一外层118和/或第二外层122结合到中间层之前，导电层128可以被施涂于中间层118的基本上整个外表面。在将导电层128施涂于中间层118之后，可以将导电层分割成各种导电元件(例如，共用电极124和/或驱动电极126)。在一些实施方式中，液体透镜100在导电层128中可以包括划线130A，以使共用电极124和驱动电极126彼此隔离(例如，电学隔离)。在一些实施方式中，划线130A在导电层128中可以包括间隙。例如，划线130A是宽度为约5μm、约10μm、约15μm、约20μm、约25μm、约30μm、约35μm、约40μm、约45μm、约50μm或者由所列数值限定的任何范围的间隙。
同样如图1所示，液体透镜100可以包括绝缘层132，其被设置在腔体104内、驱动电极层上的顶部上。例如，绝缘元件132可以包括绝缘涂层，所述绝缘涂层在第一外层118和/或第二外层122结合到中间层之前被施涂于中间层120。在一些实施方式中，绝缘元件132可以包括绝缘涂层，所述绝缘涂层在第二外层122结合于中间层120之后以及第一外层118结合于中间层之前被施涂于导电层128和第二窗116。因此，绝缘元件132可以覆盖腔体104中的至少一部分导电层128以及第二窗116。在一些实施方式中，绝缘元件132可以足够地透明以能够使图像光通过第二窗116，如本文所述。
在图1所示的液体透镜100的一些实施方式中，绝缘元件132可以覆盖至少一部分的驱动电极126(例如，被设置在腔体104中的驱动电极部分)，以使第一液体106和第二液体108与驱动电极隔绝。附加或替代地，被设置在腔体104内的至少一部分共用电极124可以不被绝缘元件132覆盖。因此，共用电极124可以与第一液体106电连通，如本文中所述。在一些实施方式中，绝缘元件132可以构成腔体104的第二部分104B的疏水表面层。这种疏水表面层可有助于将第二液体108维持在腔体104的第二部分104B内(例如，通过非极性第二液体与疏水材料之间的吸引)和/或能够使界面110的周界沿着疏水表面层移动(例如，通过电润湿)以改变如本文所述的界面的形状。另外，至少部分基于绝缘元件132，如图1所示的液体透镜100可以展现出不超过3°的接触角滞后(即，在液体106、108之间的界面110处)。如本文所用的“接触角滞后”是指在向驱动电极126依次施加从0V到最大驱动电压，然后返回到0V(即，相对于共用电极124)的驱动电压(例如，施加于驱动电极的驱动电压与施加于共用电极的共用电压之间的差异)时，第二液体108与绝缘元件132的测量接触角的差异。未施加电压的初始接触角可以是最大25°，并且在如本文所用的“最大驱动电压”下，由于电润湿效应，对接触角的增加可以是至少15°。在其他实施方式中，驱动电压可以提供AC 1kHz电压。在一些实施方式中，有用电压可以在约25V至约70V的范围内。用于施加电压的驱动器的选择并不意在限制，并且可以调整绝缘层132的厚度以适配所选驱动器输送的任何驱动电压范围。
为了提供大范围的焦距、倾斜角和/或像散变化，导电性液体与非导电性液体之间的光学折射率有显著差异是有益的。传统上，油组合物(非导电性液体)比导电相具有更高的光学折射率，这是因为纯水的光学折射率为约1.33，但是水常通过添加剂来改性以实现更高的光学折射率值来符合商用液体透镜的规格。下文提供了这两种相应液体的描述和对应的材料性质。
导电性液体
在一些实施方式中，导电性液体可以是水性溶液。在另一些实施方式中，导电性液体可以不包括水。在一些实施方式中，基于导电性液体的总重量计，导电性液体可以包含约.01％w/w至约100％w/w、约.1％w/w至约50％w/w、约.1％w/w至约25％w/w、约.1％w/w至约15％w/w、约1％w/w至约10％w/w、或约1％w/w至约5％w/w的水。在一些实施方式中，基于导电性液体的总重量计，导电性液体可以包含约.01％w/w至约100％w/w、约1％w/w至约100％w/w、约1％w/w至约50％w/w、约50％w/w至约100％w/w、约75％w/w至约95％w/w、或约2％w/w至约25％w/w的盐。在一些实施方式中，水和/或极性溶剂可以与一种或多种不同的盐混合，所述盐包括有机和/或无机盐。如本文中引用的术语“离子盐”是指在水中完全或基本上解离(例如，乙酸根阴离子和阳离子)的盐。类似地，如本文中引用的术语“可离子化盐”是指在化学、物理或物理化学处理后，在水中完全或基本上解离的盐。这些类型的盐中所用的阴离子的实例包括但不限于卤化物、硫酸根、碳酸根、碳酸氢根、乙酸根、2-氟乙酸根、2,2-二氟乙酸根、2,2,2-三氟乙酸根、2,2,3,3,3-五氟丙酸根、三氟甲磺酸根(triflate)、氟化物、六氟磷酸根、三氟甲磺酸根(trifluoromethanesulfonate)及其混合物。这些类型的盐中所用的阳离子的实例包括但不限于碱金属/碱土金属和金属阳离子，例如，钠，镁，钾，锂，钙，锌，氟化铵根离子，例如，N-(氟甲基)-2-羟基-N,N-二甲基乙铵，以及它们的混合物。在一些实施方式中，上述阴离子和阳离子的任何组合可以用于导电性液体。
在一些实施方式中，至少一种有机和/或无机离子盐或可离子化盐用于向水赋予导电性质并且降低混合流体的凝固点。在一些实施方式中，离子盐可以包括，例如，硫酸钠、乙酸钾、乙酸钠、溴化锌、溴化钠、溴化锂及其组合。在其他实施方式中，离子盐可以包括氟化盐，所述氟化盐包括氟化有机离子盐。在一些实施方式中，有机和无机离子盐及可离子化盐可以包括但不限于乙酸钾、氯化镁、溴化锌、溴化锂、氯化锂、氯化钙、硫酸钠、三氟甲磺酸钠、乙酸钠、三氟乙酸钠等，以及它们的混合物。
氟化盐，包括氟化有机离子盐，可有利地维持导电性液体的相对较低的折射率，同时促进导电性液体的物理性质的变化，例如，降低导电性液体的凝固点。不同于传统的氯化物盐，氟化盐还可以显示出对构成电润湿光学装置的室的材料(例如，钢、不锈钢或黄铜部件)的腐蚀性减小。
用于导电性液体的水优选尽可能地纯，即，不含、或基本不含可改变电润湿光学装置的光学性质的任何其他不期望的溶解组分。在一些实施方式中，电导率在25℃时为约0.055μS/cm或者电阻率为18.2MOhm的超纯水(UPW)用于形成导电性液体。
在一些实施方式中，导电性液体可以包含防冻剂或凝固点降低剂。诸如盐、醇、二醇和/或二元醇之类的防冻剂的使用允许导电性液体在约-30℃至约+85℃、约-20℃至约+65℃、或约-10℃至约+65℃的温度范围内维持液体状态。在一些实施方式中，将醇和/或二元醇添加剂用于导电性液体和/或非导电性液体可有助于在宽的温度范围内在这两种液体之间提供稳定的界面张力。取决于期望从导电性液体和所得液体透镜获得的所需应用和性质，导电性液体可以包含小于约95重量％，小于约90重量％，小于约80重量％，小于约70重量％，小于约60重量％，小于约50重量％，小于约40重量％，小于约30重量％，小于约20重量％，小于约10重量％，或者小于约5重量％的防冻剂。在一些实施方式中，导电性液体可以包含超过约95重量％，超过约90重量％，超过约80重量％，超过约70重量％，超过约60重量％，超过约50重量％，超过约40重量％，超过约30重量％，超过约20重量％，超过约10重量％，或者超过约5重量％的防冻剂。在一些实施方式中，防冻剂可以是二醇，包括，例如，1,2-丙二醇、乙二醇、1,3-丙二醇(三亚甲基二醇或TMG)、丙三醇、一缩二丙二醇及其组合。在使用二醇类的一些实施方式中，二醇的重均分子量(Mw)可以是200g/mol(克/摩尔)至2000g/mol、200g/mol至1000g/mol、350g/mol至600g/mol、350g/mol至500g/mol、375g/mol至500g/mol，或其混合。在一些实施方式中，二醇可以是二聚体、三聚体、四聚体或2至100个(包括其间的所有整数)单体二醇或三醇单元的任何组合。基于水、基于乙二醇或基于丙三醇的导电性液体的密度可以为约1.0g/cm3至约1.5g/cm3、1.0g/cm3至约1.25g/cm3、或约1.0g/cm3至约1.15g/cm3。基于水、基于乙二醇或基于丙三醇的导电性液体在589.3nm的光学折射率可以在约1.33至约1.47的范围内。
非导电性液体
本文公开的非导电性液体可以包括一种或多种基于萘的化合物和/或一种或多种透射率恢复剂。根据非导电性液体的所需应用和对应性质，非导电性液体可以包含约5％w/w至约20％w/w的透射率恢复剂和约5％w/w至约100w/w的基于萘的化合物。在一些实施方式中，非导电性化合物可以包含约5％w/w至约95％w/w,15％w/w至约95％w/w，约20％w/w至约95％w/w，约40％w/w至约100％w/w，约20％w/w至约99％w/w，约50％w/w至约99％w/w，约65％w/w至约98％w/w，约5％w/w至约85％w/w，约5％w/w至约65％w/w，约5％w/w至约15％w/w，或约70％w/w至约95％w/w的基于萘的化合物。在一些实施方式中，非导电性流体可以包含约1％w/w至约60w/w，约1％w/w至约35％w/w，约5％w/w至约25％w/w，或约10％w/w至约20％w/w的透射率恢复剂。在一些实施方式中，可以约0.0001％w/w至约95％w/w或1％w/w至约60％w/w的量，将额外的非反应性化合物、油以及/或者高或低粘度液体加入到非导电性流体中，以改变最终的电响应性质。
本文公开的基于萘的化合物已证明具有对制造光学透镜/电润湿光学装置的应用有益的多种物理性质。例如，基于萘的化合物的密度在20℃时可以为约0.90g/cm3至约1.25g/cm3，或者约0.95g/cm3至约1.20g/cm3。基于萘的化合物在589.3nm下测得的折射率可以为约1.55至约1.70，并且在20℃下测得的粘度可以为约5cSt至约35cSt。这些基于萘的化合物的密度变化可以在约0.7x10-3 g·cm-3·K-1至约1x10-3 g·cm-3·K-1的范围内。
在一些实施方式中，非导电性液体包括一种或多种具有式(I)、式(II)和/或式(III)的基于萘的化合物：
其中，R1、R2和R3独立地为烷基、芳基、烷氧基或芳氧基；X是14族元素，包括例如碳、硅、锗、锡、铅及其组合；并且Z是16族元素，包括例如氧、硫、硒、碲、钋及其组合。在一些实施方式中，R1、R2和R3独立地为烷基、环烷基、烯基或芳族残基。
在一些实施方式中，本文公开的基于萘的化合物在2位被取代，如式(I)-(III)所提供的。在另一些实施方式中，基于萘的化合物可以在1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位、8位或其组合处被相同的所提供的部分取代，它们的化学结构通过引用全部纳入本文。
具有式(I)、式(II)和/或式(III)的基于萘的化合物均具有相对较高的化学稳定性，即使在结构中包含杂原子时也如此。参考式(I)，14族元素X的存在提供了近似于碳的电负性，其对X与萘环之间的共价键提供了稳定性。在X取代位置处，通过例如碳-碳、碳-硅、碳-锗和/或碳-锡键赋予的稳定性提供了高的热稳定性，即使存在水和/或其他亲核物质也如此。参考式(II)，16族元素Z的存在对存在于萘环与Z原子之间的共价键提供了提高的稳定性。在Z取代位置处，通过例如碳-氧、碳-硫和/或碳-硒键赋予的稳定性提供了高的热稳定性，即使存在水和/或其他亲核物质也如此。参考式(III)，碳-氟键的存在是极稳定的，并且对化合物提供了高的抗化学性/化学惰性，即使存在水和/或其他亲核物质也如此。氟被选择性地用于这些基于萘的化合物，而不使用其他卤化的基于萘的化合物，这是因为氯化、溴化和/或碘化的类似化合物对亲核取代反应敏感，并且不有助于得到稳定的非导电性流体。
如本文所用的“烷基”基团包括具有1至约20个碳原子，通常是1至12个碳，或者在一些实施方式中是1至8个碳原子的直链和支链烷基。如本文所用的“烷基基团”可以包括如下定义的环烷基。烷基可以是取代的或未取代的。直链烷基的实例包括甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基和正辛基。支链烷基的实例包括但不限于异丙基、仲丁基、叔丁基、新戊基和异戊基。代表性的取代烷基可以被化学稳定的官能团，例如烯、炔、氰基、烷氧基、硫醚和/或氟化基团取代一次或多次。如本文所用的术语氟烷基是具有一个或多个氟基团的烷基。在一些实施方式中，氟烷基是指全氟烷基。
环烷基是环状烷基，例如但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基。在一些实施方式中，环烷基具有3至8元环，而在另一些实施方式中，环碳原子的数目范围为3至5、6或7。环烷基可以是取代的或未取代的。环烷基还包括多环环烷基，例如但不限于降冰片烷基、金刚烷基、冰片烷基、莰烯基、异莰烯基和蒈烯基，以及稠环，例如但不限于萘烷基等。环烷基还包括被如上定义的直链或支链烷基取代的环。代表性的取代环烷基可以是单取代或被取代不止一次，例如但不限于：2,2-；2,3-；2,4-；2,5-；或2,6-二取代环己基或者单、二、或三取代的降冰片烷基或环庚基，其可以被例如烷基、烷氧基、氨基、硫代、羟基、氰基和/或卤代基团取代。
烯基是具有2至约20个碳原子并且还包括至少一个双链的直链、支链或环烷基。在一些实施方式中，烯基具有1至12个碳，或者通常具有1至8个碳原子。烯基可以是取代的或未取代的。烯基包括例如乙烯基、丙烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、异丁烯基、环己烯基、环戊烯基、环己二烯基、丁二烯基、戊二烯基和己二烯基等。烯基可以类似于烷基取代。二价烯基，即，具有两个连接点的烯基，包括但不限于CH-CH＝CH2、C＝CH2或C＝CHCH3。
如本文所用的“芳基”或“芳族”基团是不含有杂原子的环芳烃。芳基包括单环、双环和多环的环系。因此，芳基包括但不限于苯基、甘菊环基、庚搭烯基、亚联苯基、引达省基(indacenyl)、芴基、菲基、苯并菲基、芘基、并四苯基、
在一些实施方式中，基于萘的化合物可以包括2-三甲基锗烷萘(VI)，1-三甲基锗烷萘、2-三乙基锗烷萘(VII)，1-三乙基锗烷萘，2-三甲基硅烷萘(VIII)，1-三甲基硅烷萘，2-二甲基丁基硅烷萘(IX)，1-二甲基丁基硅烷萘，2-苯基硫萘(X)，1-苯基硫萘，2-二甲基辛基硅烷萘(XI)，1-二甲基辛基硅烷萘，1-氟萘(XII)，2-氟萘，2-乙基萘(XIII)，1-乙基萘，2-丙基萘(XIV)，1-丙基萘及其组合，下文提供了它们的式子(VI)-(XIV)：
本文公开的透射率恢复剂可有利地提供改进的透射率恢复时间，其有利于液体透镜/电润湿光学装置，尤其是在温度范围中使用的那些装置。改进的透射率恢复时间代表着对于给定的电压差，所述两种液体之间的弯月面界面在遍及装置的操作温度范围(例如，从-20℃至+70℃)中可以得到维持。不具有透射率恢复剂的常规液体透镜在不同温度下使用期间不能维持恒定的焦距，因此，当暴露于不同温度时，要不断地调整电压差以维持弯月面和对应的期望焦距，和/或需要更长的时间来校正焦距。本文所述的透射率恢复剂帮助液体透镜/电润湿光学装置实现了改进的透射率恢复时间。
在一些实施方式中，导电性液体包括具有式(IV)和/或式(V)的透射率恢复剂：
其中，R4是烷基、氟烷基、芳基、烷氧基或芳氧基。
在一些实施方式中，透射率恢复剂可以包括烷基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷、氟烷基三(三甲基甲硅烷氧基)、烷基七甲基三硅氧烷、氟烷基七甲基三硅氧烷及其组合。在其他实施方式中，透射率恢复剂可以包括正辛基三三甲基甲硅烷氧基硅烷、3-正辛基七甲基三硅氧烷、十三氟辛基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷及其组合。
已经发现，用于液体透镜/电润湿光学应用的本文公开的非导电性液体(油)可提供大范围的焦距、倾斜角和/或像散变化。为了实现这些益处，非导电性液体应满足至少一种或多种以下性质：1)在液体透镜的操作温度范围内与导电性液体匹配或类似的密度；2)相比于导电性液体的高的折射率差；3)在液体透镜的操作温度范围内与导电性液体有低的混溶性；4)对于非导电性液体的组分和亲核性水基电解质(导电性液体)均具有化学稳定性；以及5)低粘度以限制液体透镜的响应时间。此外，本文公开的基于萘的化合物与透射率恢复剂的组合提供了用于非导电性流体的新型液体材料组合，其符合上文提到的五项标准中的每项标准，同时在静态和/或变化环境中能够在宽的温度范围中在液体透镜/电润湿光学装置中维持这些性质。
对于密度参数，使非导电性液体的密度与导电性液体的密度基本匹配可有助于促进得到在各种倾斜角下具有宽范围的焦距的通用液体透镜/电润湿光学装置。在一些实施方式中，在包括约-30℃至约85℃或者约-20℃至约65℃在内的宽的温度范围内，非导电性液体与导电性液体之间的密度差(Δρ)可以低于0.1g/cm3，低于0.01g/cm3，或低于3.10-3g/cm3。基于萘的化合物的密度可以高于比较的脂族化合物。例如，2-乙基萘是25℃时的密度为约1.01g/cm3的液体，而比较的脂族油例如十二烷的密度为0.75g/cm3。相对于本领域中其他已知或目前在用的化合物，所述基于萘的化合物的更高的密度是有益的，因为其允许非导电相的密度更好地匹配导电相的密度，所述导电相的密度通常在约1.0g/cm3至1.25g/cm3之间。
对于折射率参数，基于萘的化合物的芳香性和π-电子体系提供了高的极化性和对应的高折射率。在一些实施方式中，非导电性液体的折射率可以为约1.45至约1.60。在一些实施方式中，导电性液体与非导电性液体之间的折射率差(Δη)可以为约0.02至约0.24或约0.05至约0.15。用于光学应用的该光学折射率范围包括诸如以下的特征：可变的聚焦，倾斜，像散补偿，以及调节折射率来优化平衡精度与范围的关系。在一些实施方式中，非导电性液体的折射率可以大于约1.60，大于约1.64，或大于约1.66。在一些实施方式中，导电性液体与非导电性液体之间的折射率差(Δη)可以大于0.24，大于0.27，或大于0.29。所述两种液体之间的增大的折射率差非常适合于光学应用，包括诸如变焦、可变焦距装置，可变照明装置(其中照度取决于两种液体之间的折射率差)，和/或可以执行光轴倾斜的光学装置，例如用于光束偏转或图像稳定应用。
对于混溶性参数，所公开的导电性液体和非导电性液体被认为是不混溶的。在一些实施方式中，导电性液体和非导电性液体的部分混溶性低于5％、低于2％、低于1％、低于0.2％、低于0.1％、低于0.05％或低于0.02％，其中，这些数值中的每个数值可以在宽的温度范围内测量，例如包括-30℃至85℃，或-20℃至65℃。
对于非导电性液体的稳定性参数和物理状态，在萘环上引入各种公开的取代基提供了更低的熔点。例如，萘在82℃下熔化，而1-氟萘和2-乙基萘分别在-13℃和-14℃下熔化。本文公开的大多数基于萘的化合物在室温下是液体，并且可与其他有机化合物混合形成均匀液体，从而形成稳定的非导电性流体。在一些实施方式中，非导电性液体在约-10℃至约+65℃，约-20℃至约+65℃，或约-30℃至约+85℃的温度范围内保持呈液态。此外，所公开的基于萘的化合物和透射率恢复剂不显示出任何可检测到的分解信号或者与导电性液体中使用的亲核性水基电解质反应的信号。最后，两种流体的各自组分相对于彼此也是化学稳定的，即，在装置的功能温度范围内，在存在导电性液体和非导电性液体的其他化合物时，它们不展现出化学反应性。
对于粘度参数，低粘度对于非导电性液体可以是有利的，因为预计粘度较小的流体能够迅速响应通过液体透镜/电润湿光学装置的室施加的变化电压。水性基的导电层粘度一般较低，并且迅速响应电压变化。在一些实施方式中，非导电性液体的粘度可以小于40cs，小于20cs，或小于10cs，这在-20℃至+70℃范围中的所有温度下测量。
现在参考图2-3，其提供了热冲击后的几种液体透镜构造的透射率恢复时间。液体透镜根据Varioptic A39N0设计来制备，即，透镜的力学开度(mechanical aperture)为3.9mm，油层的厚度为约0.6mm，并且导电相层的厚度为1.8mm。将各个透镜放在85℃和6％相对湿度的炉中2小时。然后，将透镜分别直接放置在室温并且在150分钟内每分钟测量透射率，然后在120分钟内每2分钟测量透射率，接着在630分钟内每5分钟测量透射率，最后每15分钟监测透射率。图2-3绘制了透射率随着时间的演变，可确定透射动力学与制剂之间的相关性。
仍然参考图2-3，这些透射率曲线证明，当在油制剂中引入正辛基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷、3-正辛基七甲基三硅氧烷或十三氟辛基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷时，透射率更快地恢复到其初始透射率(To)并且与初始透射率更接近。相对于包含透射率恢复剂的三种液体透镜，对应的参照或空白(无添加或ISOPAR P)的结果显示出缓慢的透射率恢复时间。在一些实施方式中，利用包含一种或多种透射率恢复剂的液体透镜可以在小于4小时，小于5小时，小于6小时，小于7小时，小于8小时，小于9小时，或小于10小时内获得至少95％的透射率恢复。
现在参考图4A-4B，其提供了在使用不包含透射率恢复剂的透镜时，在热冲击之前和之后的图像。在被集成到成像装置中的康宁(Corning)
现在参考图5A-5B，其提供了在使用包含透射率恢复剂的透镜时，在热冲击之前和之后的图像。在被集成到成像装置中的康宁(Corning)
根据一些实施方式，电润湿光学装置包括电压源，其用于施加A.C.电压以改变在导电性液体与非导电性液体之间形成的弯月面，从而控制透镜的焦距。在一些实施方式中，电润湿光学装置还包括用于控制透镜的驱动器或类似的电子装置，其中，透镜和驱动器或类似的电子装置被集成到液体透镜中。在其他实施方式中，电润湿光学装置可以包括多个透镜，包含至少一个驱动器或类似的电子装置。
电润湿光学装置可以用作可变焦距液体透镜，光学变焦，眼科装置，具有可变的光轴倾斜的装置，图像稳定装置，光束偏转装置，可变照明装置和使用电润湿的任何其他光学装置，或者是它们的一部分。在一些实施方式中，液体透镜/电润湿光学装置可以被包含或安装在任何一种或多种设备中，包括例如摄像机透镜、手机显示器、内窥镜、测距仪、口腔摄像机、条码阅读机、光束偏转器和/或显微镜。
实施例
以下实施例代表了根据Varioptic A39N0设计制备的各种液体透镜。VariopticA39N0透镜设计包括约3.9mm的力学开度，约0.6mm的非导电性流体层厚度以及约1.8mm的导电性流体层厚度。在20℃下进行这些电润湿光学装置的性质测量。
材料
本文公开的基于萘的化合物的实例具有以下列出的一些物理性质列表。
基于萘的化合物的物理性质
基于萘的化合物在用于导电性液体制剂的极性液体中的溶解度
制剂实施例1
实施例1的电润湿光学装置包括：非导电性液体，其具有75.5％w/w/的萘基三乙基锗烷、15％w/w的正辛基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷和9.5％w/w的石蜡油；以及导电性液体，其具有60％w/w的1,2-丙二醇、38.8％w/w水和1.2％w/w溴化钠。
制剂实施例2
实施例2的电润湿光学装置包括：非导电性液体，其具有80％w/w/的萘基苯基硫和20％w/w的苯基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷；以及导电性液体，其具有10％w/w的1,3-丙二醇、52％w/w的水、35％w/w的乙二醇和3％w/w的乙酸钾。
制剂实施例3
实施例3的电润湿光学装置包括：具有100％w/w萘基三甲基硅烷的非导电性液体；以及具有99％w/w的水和1％w/w的乙酸钾的导电性液体。
制剂实施例4
实施例4的电润湿光学装置包括：非导电性液体，其具有80％w/w的1-氟萘、10％w/w的1-正丁基萘和10％w/w的苯基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷；以及导电性液体，其具有50％w/w的乙二醇、47％w/w的水和3％w/w的溴化钠。
制剂实施例5
实施例5的电润湿光学装置包括：非导电性液体，其具有57％w/w/的六乙基二锗烷、30％w/w的六甲基二锗烷、7％w/w的萘基苯基硫和6％w/w的正辛基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷；以及导电性液体，其具有92.8％w/w的乙二醇、3％w/w的水和4.2％w/w的乙酸钾。
制剂实施例6
实施例6的电润湿光学装置包括：非导电性液体，其具有75.5％w/w/的萘基三乙基锗烷、15％w/w的正辛基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷和9.5％w/w的ISOPARP；以及导电性液体，其具有60％w/w的1,3-丙二醇、38.8％w/w的水和1.2％w/w的溴化钠。
制剂实施例7
尽管为了说明给出了示例性的实施方式和实施例，但是前面的描述并不旨在以任何方式限制本公开和所附权利要求书的范围。因此，可以对上述实施方式和实施例进行修改和变动而基本上不偏离本公开的精神和各种原理。所有这些变动和修改旨在包括在本公开和所附权利要求保护的范围内。
