(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有極性液体の滑動性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用いた光学素子を提供する。【解決手段】本発明に係る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は、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とをこの順に形成した組立体の撥水撥油膜７、８が互いに向き合うようにして対向させかつ組立体の対向間にスペーサ部材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、有極性液体１０に駆動電圧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の接触角を変化させて無極性液体１１を駆動する光学素子において、  絶縁膜５、６が熱可塑性フッ素重合体としてのポリフッ化ビニリデンの溶液に、無機系高誘電体のナノ粒子を分散させて形成されている。【選択図】  図１
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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の溶液に、無機系高誘電体のナノ粒子を分散させ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】
前記無機系高誘電体のナノ粒子がチタン酸バリウム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】
前記無機系高誘電体のナノ粒子の添加量は、前記ポリフッ化ビニリデンの重量に対して１重量％ないし２０重量％であることを特徴とする請求項１又は請求項２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た光学素子。
【請求項５】
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、速ければ速いほど望ましく、そのためには有極性液体の滑動性を高めることが望まれる。
【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有極性液体の滑動性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の溶液に、無機系高誘電体のナノ粒子を分散させ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、有極性液体の滑動性を高めることができ、ひいては、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の測定を説明するための模式図である。
【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、スペーサ部材としてのガラスリング部材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、非極性液体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。非極性液体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）の溶液に、無機系高誘電体のナノ粒子を分散させて形成されている。無機系高誘電体のナノ粒子はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）であることが望ましい。
【００１６】
そのポリフッ化ビニリデンの溶媒には、ケトン系有機溶媒又はニトリル系有機溶媒又はエーテル系有機溶媒を用いる。
ケトン系有機溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン（２−ブタノン）、３−ペンタノン、３−ペンタノン、メチルイソプロピルケトン、ジイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトンなどの脂肪族ケトン、アセトフェノン、フェニルエチルケトン、ジフェニルケトンなどの芳香族ケトンである。
【００１７】
ニトリル系有機溶媒としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、イソバレロニトリル、トリメチルアセトニトリル、ヘキサンニトリル、ヘプタンニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタノニトリル、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどである。
【００１８】
エーテル系有機溶媒としては、脂肪族鎖状エーテルである、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオクチルエーテル、ジイソアミルエーテル、ｔｅｒｔ−アミルメチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルエチルエーテル、ブチルメチルエーテル、ブチルエチルエーテル、１−メトキシエタン（モノグライム）、１−エトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグライム）、エチレングリコールジエチルエーテル、２−メトキシエチルエーテル、ジ（エチレングリコール）ジエチルエーテル、ジ（エチレングリコール）ジブチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、脂肪族環状エーテルであるテトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、２，５−ジメチルテトラヒドロフラン、２，２，５，５−テトラメチルヒドロフラン、２，３−ジヒドロフラン、２，５−ジヒドロフラン、テトラヒドロピラン、３−メチルテトラヒドロピラン、１，４−ジオキサン、芳香族エーテルである、アニソール、フェネトール（エチルフェノール）、ジフェニルエーテル、３−フェノキシトルエン、ｐ−トリルエーテル、１，３−ジフェノキシベンゼン、１，２−ジフェノキシエタン等が挙げられる。
【００１９】
中でも、工業的な利用しやすさの観点から、ケトン系有機溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトンが好ましく、ニトリル系有機溶媒としては、アセトニトリル、プロピオニトリルが好ましく、エーテル系有機溶媒としては、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、１−エトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグライム）、エチレングリコールジエチルエーテル、２−メトキシエチルエーテル、ジ（エチレングリコール）ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，４−ジオキサン、アニソールが好ましい。
【００２０】
特にケトン系有機溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトンがより好ましく、ニトリル系有機溶媒としては、アセトニトリルがより好ましく、エーテル系有機溶媒としては、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、１−エトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグライム）がより好ましい。
この他、ＮＭＰ（Ｎ−メチルー２＝ピロリドン）を溶媒として使用することもできる。
【００２１】
無機系高誘電体のナノ粒子の添加量は、ポリフッ化ビニリデンの重量に対して１重量％ないし２０重量％であるのが好ましい。これらを溶媒にポリフッ化ビニリデンを溶融化させて、撹拌混合することにより作成される。
【００２２】
この無機系高誘電体のナノ粒子の分散処理により、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。また、有極性液体の滑動性を高めることができる。
【００２３】
絶縁膜５、６の形成は、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。
【００２４】
その絶縁膜５、６の膜厚はここでは３μ〜４μであったが、１μないし２０μ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。また、有極性液体１０の滑動性を更に高めることができる。
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。
【００２５】
その絶縁膜５、６の接触角は、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。
【００２６】
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。その結果、良好な接触角θの値を得た。
【００２７】
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の非極性液体１１に対する接触角θが変化するため、非極性液体１１が破線で示すように変形し、有極性液体１０と非極性液体１１の界面１０ｃの曲率と厚みとが変化する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
なお、非極性液体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と非極性液体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。従って非極性液体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。
【００３１】
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する。
【００３２】
ついで、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に無機系高誘電体のナノ粒子が分散され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】
１、２…ガラス基板
３、４…透明電極
５、６…絶縁膜
７、８…撥水撥油膜
９…スペーサ部材、
９ａ…耐久性接着剤
１０…有極性液体
１０’…液滴
１０ａ…電極
１０ｃ…界面
１１…無極性液体
１２…封止材
θ…接触角
Ｖ…駆動電圧
【図１】
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【図２】
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