(57)【要約】【課題】絶縁膜の透明性を確保することが可能でかつ誘電率を高めることのできるエレクトロウエッティング用膜形成材料を提供する。【解決手段】本発明のエレクトロウエッティング用膜形成材料は、熱可塑性フッ素重合体としてのポリフッ化ビニリデンにイオン性液体を混合して形成されている。  そのエレクトロウエッティング用膜形成材料は、透明電極３、４の表面に絶縁膜５、６を形成し、その絶縁膜５，６の表面に撥水撥油膜７、８を形成し、この撥水撥油膜７，８に有極性液体を滴下して、有極性液体と透明電極５、６とに電位差Ｖを与えて接触角θを測定する。電位差が０のときの接触角θに対する差分をとって、電位差０に対する接触角の変化量により、エレクトロウエッテイング用膜形成材料を評価する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性フッ素重合体としてのポリフッ化ビニリデンにイオン性液体を混合して形成されたエレクトロウエッティング用膜形成材料。
【請求項２】
前記イオン性液体がイミダゾール系イオン液体とピロリジニウム系イオン液体とピぺリジニウム系イオン液体とピリジニウム系イオン液体とアンモニウム系イオン液体とホスホニウム系液体とのうちのいずれか一つ又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロウエッティング用膜形成材料。
【請求項３】
前記イオン性液体が、陽イオンとしてのピリジン系と、脂肪族アミン系と、脂環族アミン系とのうちの少なくとも一種類からなることを特徴とする請求項１記載のエレクトロウエッティング用膜形成材料。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のエレクトロウエッティング用膜形成材料を用いて透明電極の表面に絶縁膜を形成し、その絶縁膜の表面に撥水撥油膜を形成し、この撥水撥油膜に有極性液体を滴下して、有極性液体と透明電極とに電位差を与えて有極性液体に対する接触角を測定し、電位差が０のときの接触角に対する差分をとって、電位差０に対する接触角の変化量により、エレクトロウエッティング用膜形成材料の有極性液体に対する接触角を評価する接触角評価方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のエレクトロウエッティング用膜形成材料を用いた光学素子。
【請求項６】
透明基板に透明電極と絶縁膜と撥水撥油膜とをこの順に形成した組立体の撥水撥油膜が互いに向き合うようにして対向させかつ該組立体の対向間にスペーサ部材を介在させて包囲空間を形成し、この包囲空間に有極性液体と無極性液体とを封入し、前記有極性液体に駆動電圧を印加することにより無極性液体に対する有極性液体の接触角を変化させて前記無極性液体を駆動する光学素子において、
前記絶縁膜が請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のエレクトロウエッティング用膜形成材料を用いて形成されていることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロウエッティング用膜形成材料及びこのエレクトロウエッティング用膜形成材料の接触角評価方法及びこのエレクトロウエッティング用膜形成材料を用いた光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体レンズ等の光学素子の導電性液体（有極性液体）の駆動の際に用いられるエレクトロウエッティング用膜形成材料が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このものでは、フッ化ビニリデン系重合体に高誘電性無機粒子として、例えば、金属酸化物としてチタン酸バリウムを含有させて、印加電圧を変化させることにより、エレクトロウエッティング用膜形成材料を用いて形成された絶縁膜としての疎水性誘電体フィルムに対する導電性液体の接触角を変化させている。
【０００４】
その接触角は、駆動電圧を一定とすると、疎水性誘電体フィルムの膜厚を薄くすればするほど大きくすることができる。また、誘電率を大きくすればするほど大きくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８１５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、そのエレクトロウエッティング用膜形成材料を用いて液体レンズに形成された絶縁膜は透明であることが、光学性能の観点から望ましい。
チタン酸バリウム等の高誘電性無機粒子を用いた場合、誘電率を高くすることはできるが、絶縁膜を形成した場合に白濁が生じ易い。
その白濁化した絶縁膜を用いたとしても液体レンズの光学性能に支障が生じない程度にするには、その絶縁膜の膜厚を薄くすることが考えられる。しかしながら、膜厚を薄くすると、絶縁膜を形成する際にピンホールが生じ、絶縁破壊が生じ易くなる。また、光学素子の駆動速度は、早ければ早いほど望ましい。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、絶縁膜の透明性を確保することが可能でかつ光学素子の駆動速度を高めることのできるエレクトロウエッティング用膜形成材料及びこのエレクトロウエッティング用膜形成材料の接触角評価方法及びこのエレクトロウエッティング用膜形成材料を用いた光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るエレクトロウエッティング用膜形成材料は、熱可塑性フッ素重合体としてのポリフッ化ビニリデンにイオン性液体（イオン液体ともいう）を混合して形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、このエレクトロウエッティング用膜形成材料を用いて形成された絶縁膜の透明化を極力図ることができると共に、光学素子の駆動速度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明のエレクトロウエッティング用膜形成材料を絶縁膜として用いた光学素子としての液体ガラスの構成を示す断面図である。
【図２】図２はエレクトロウエッティング用膜形成材料の接触角評価方法を説明するための模式図である。
【図３】図３は表２に対応する接触角の測定値をグラフ化して示した図である。
【図４】図４は表３に対応する接触角の変化量をグラフ化して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の実施例に係る光学素子としての液体レンズの断面構造を示す説明図である。その図１において、１、２はガラス基板である。このガラス基板１、２の上面には、透明電極（ＩＴＯ）３、４がパターンニングにより形成されている。
【００１２】
その透明電極３、４の表面には、絶縁膜５、６が形成されている。この絶縁膜５、６の表面には撥水撥油膜７、８が形成されている。そのガラス基板１、２はガラスリング部材９を介して互いに対向して配設されている。
このガラスリング部材９の外周面には耐久性接着剤９ａが設けられている。なお、撥水撥油膜７、８にはＡＦコートを用いる。その撥水撥油膜７、８の材料には、ポリパラキシリレン、ポリテトラフルオロエタン、フッ素系のポリマー、シリコーン樹脂等が用いられる。
【００１３】
そのガラス基板１、２とガラスリング部材９とにより形成された包囲空間には、導電性液体（有極性液体）１０と、無極性液体１１とが封入され、その包囲空間の注入口は封止剤１２としてのＵＶ硬化樹脂（紫外線硬化型接着剤）によって封止されている。
【００１４】
その有極性液体１０は、例えば、水を主成分として、不凍液が添加されている。無極性液体１１は、例えば、ヘキサン、オクタン、デカン、ドデカン、ヘキサデカン、ウンデカン、ベンゼル、トルエン、キシレン、メシチレン、ブチルベンゼン、1、1―ジフェニルエチレン等の炭化水素系の材料や、透明なシリコーンオイル（有機剤）が用いられる。
【００１５】
絶縁膜５、６の形成に用いるエレクトロウエッティング用膜形成材料には、熱可塑性フッ素重合体としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とイオン性液体との混合物を用いる。
そのエレクトロウエッティング用膜形成材料は、ポリフッ化ビニリデン（固形物）１００重量部にイオン性液体５重量部ないし２０重量部を添加して、これらを溶融化させて、撹拌混合することにより作成される。
ここでは、イオン性液体の分子をポリフッ化ビニリデンにナノ分散処理を行うことにより、エレクトロウエッティング用膜形成材料の透明性を高めている。
【００１６】
そのイオン性液体には、イミダゾール系イオン液体とピロリジニウム系イオン液体とピぺリジニウム系イオン液体とピリジニウム系イオン液体とアンモニウム系イオン液体とホスホニウム系液体とのうちのいずれか一つ又はこれらの混合物を用いることができる。
すなわち、イオン性液体は、陽イオンとしてのピリジン系と、脂肪族アミン系と、脂環族アミン系とのうちの少なくとも一種類からなる構成であれば良い。
特に、室温で液体で、誘電率やイオン伝導度が高いイオン性液体が望ましい。
【００１７】
絶縁膜５、６は、この実施例では、そのエレクトロウエッティング用膜形成材料を透明電極（ＩＴＯ）３、４の表面に塗布し、スピンコーティング法を用いて、回転数３０００ｒｐｍで、２０秒間行うことにより形成した。
【００１８】
その絶縁膜５、６の膜厚はここでは３μｍ〜４μｍであったが、１μｍないし２０μｍの範囲内であれば、液体レンズとしての使用に支障を生じない範囲での透明性を維持できる。
ところで、光学素子の駆動速度は、駆動電圧に対して接触角の変化量が大きいほど高速化させることができる。
【００１９】
その絶縁膜５、６の接触角の評価には、駆動電圧（印加電圧又は電位差）Ｖを変えて有極性液体１０に対する絶縁膜５、６の接触角θの変化を測定するのが一般的である。
図２は、その接触角θの変化の測定の一例を示す模式図である。その図２において、図１に示す符号と同一符号は同一構成要素を示している。
ここでは、有極性液体１０を撥水撥油膜７としてのＡＦコートの表面に滴化し、この有極性液体１０の液滴１０’に電極１０ａを差し込み、ＩＴＯ膜としての透明電極３、４との間に駆動電圧（電位差）Ｖを与えて接触角θの変化を測定した。
【００２０】
比較のため、絶縁膜５、６を、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１００重量部に対してイオン性液体５重量部を添加した混合物により形成した絶縁膜５、６（サンプル名１０３０という）と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１００重量部に対してイオン性液体１０重量部を添加した混合物により形成した絶縁膜５、６（サンプル名１０３１という）について、図２に示す接触角θを測定した。
【００２１】
表１は、その接触角θの測定に用いた絶縁膜５、６を示し、表２はその各サンプルについて駆動電圧（電位差）Ｖを変化させて測定した接触角θを示し、その表２を用いて接触角θと電位差Ｖとの関係をグラフとして図３に示した。
【表１】
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【表２】
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【００２２】
その図３を用いて、電位差の変化に対する絶縁膜５、６の接触角θの変化についての評価を行おうとしても、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）そのものの接触角θの変化を示す線分に対してイオン性液体の混合物の接触角θの変化を示す線分が交差するため、煩雑さが増し、一見して接触角θの変化量Ｖθが大きいか否かが判断し難い。
【００２３】
そこで、各サンプルについて、駆動電圧（電位差）Ｖ＝Ｖｒボルトの接触角θに対する駆動電圧（電位差）Ｖ＝０ボルトの時の接触角θ０の差分をとって、表３を作成し、この表３を用いて接触角θと駆動電圧（電位差）Ｖとの関係を図４として示した。
【表３】
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【００２４】
この図４によれば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）そのものの接触角θの変化を示す線分に対してイオン性液体の混合物の接触角θの変化を示す線分が交差しないため、煩雑さが減少し、一見して接触角θの変化量Ｖθが大きいか否かが判断できる。
【００２５】
この実施例では、サンプル名１０３０の絶縁膜５、６を有する試作品を２個作成してそれぞれ測定を行うと共に、サンプル名１０３１の絶縁膜５、６を有する試作品についても２個作成してそれぞれ測定を行って、接触角θの変化量Ｖθを測定している。表２、表３、図３、図４には、この２個の測定をサンプル名１０３０−１、１０３０−２、１０３１−１、１０３１−２として便宜的に示してある。
【００２６】
この実施例では、高々５個の測定値の評価であるため、差分を求めなくとも、煩雑に見えないかも知れないが、サンプルの個数が増加すると、煩雑さが飛躍的に増加する。
【００２７】
従って、駆動電圧（電位差）Ｖが所定電位差（０ボルト以外）のときの接触角を、電位差Ｖ＝０ボルトのときの接触角θ０に対する変化量Ｖθとして判断するのが望ましい。
なお、その表１において、誘電率εｒは、公知の誘電率測定装置により測定し、膜厚ｄは公知の膜厚測定装置により測定した。
【００２８】
この液体レンズによれば、透明電極３、４に所定の駆動電圧（電位差）Ｖを与えると、図１に示す有極性液体１０の無極性液体１１に対する接触角θが変化するため、無極性液体１１が破線で示すように変形し、有極性液体１０と無極性液体１１の界面１０ｃの曲率と厚みとが変化する。
【００２９】
その結果、ガラス製レンズの曲率、厚さが変化したと同等の結果となり、液体レンズに入射する光束の屈折角が変化し、液体レンズの光学特性を変化させることができる。
【００３０】
また、この実施例によれば、誘電率ではなくて、高速応答性に直接関係する接触角θの変化によりエレクトロウエッティング用膜形成材料の評価を行っているので、作成したエレクトロウエッティング用膜形成材料の評価を的確に行うことができる。
【００３１】
なお、無極性液体１１に、例えば、黒色の顔料、染料等の着色剤を添加すると、有極性液体１０と無極性液体１１の界面１０ｃの最大厚さを変化させることにより、透過する光量の割合を変化させることができる。従って無極性液体１１に着色剤を加えることにより、光学素子としてのＮＤフィルタの機能を持たせることができる。
【００３２】
このように、透明基板としてのガラス基板１、２に透明電極３、４と絶縁膜５，６と撥水撥油膜７、８とがこの順に形成された一対の組立体の撥水撥油膜７、８が互いに向き合うようにして組立体を対向させかつ組立体の対向間にスペーサ部材としてのガラスリング９を介在させて包囲空間を形成し、この包囲空間に有極性液体１０と無極性液体１１とを封入し、絶縁膜５、６にイオン液体を添加したポリフッ化ビニリデンからなるエレクトロウエッティング用膜形成材料を用いれば、有極性液体１０に駆動電圧Ｖを印加することにより無極性液体１１に対する有極性液体１０の接触角θを変化させて、無極性液体１１を高速に駆動可能な光学素子を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の実施例に係るエレクトロウエッティング用膜形成材料は、液体レンズ、ＮＤフィルタの光学素子の他、シャッター部材、エンコーダ等の光学素子に適用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
３、４…透明電極
５、６…絶縁膜
θ…接触角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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