JP5071149B2 - Liquid optical element - Google Patents

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Description

本発明は、静電的に塗れ性を制御するエレクトロウェッティングにより液体が変形および変位する現象を利用した液体光学素子に関する。   The present invention relates to a liquid optical element utilizing a phenomenon in which a liquid is deformed and displaced by electrowetting for electrostatically controlling paintability.

従来、静電的に塗れ性を制御するエレクトロウェッティングにより液体が変形および変位する現象が知られている。この現象は、例えば、図9に示したように電極210の表面に形成された絶縁膜211と電極212との間に、導電性の液滴213が配置された場合において、電源214により電極210および電極212との間に電圧を印加すると、その電圧に応じて絶縁膜211の塗れ性が変化することにより生じる。すなわち、絶縁膜211の塗れ性が変化することにより、絶縁膜211に対する液滴213の接触角θが変化し、液滴213が変形および変位するものである。この場合には、絶縁膜211の塗れ性と絶縁膜211に対する液滴213の接触角θとの関係は、数1に示した式により説明されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a phenomenon in which a liquid is deformed and displaced by electrowetting that electrostatically controls paintability is known. This phenomenon is caused, for example, when the conductive droplet 213 is disposed between the insulating film 211 formed on the surface of the electrode 210 and the electrode 212 as shown in FIG. Further, when a voltage is applied between the electrode 212 and the electrode 212, the paintability of the insulating film 211 changes according to the voltage. That is, as the wettability of the insulating film 211 changes, the contact angle θ of the droplet 213 with respect to the insulating film 211 changes, and the droplet 213 is deformed and displaced. In this case, the relationship between the wettability of the insulating film 211 and the contact angle θ of the droplet 213 with respect to the insulating film 211 is explained by the equation shown in Equation 1.

(数1)
γLVcosθ=γSV−γSL+γEW・・・(1)
γEW=(d×σL 2)/(2×ε0 ×εr )・・・(2)
σL =ε0 ×εr ×V/d・・・(3)
(γLVは液体と気体との界面張力を表し、γSVは固体と気体との界面張力を表し、γSLは固体と液体との界面張力を表し、γEWは電界の強さによる界面張力を表す。ε0 は真空の誘電率を表し、εr は絶縁膜111の誘電率を表す。また、Vは印加電圧の大きさを表し、dは電極110および112の間の距離を表す。)
(Equation 1)
γ LV cos θ = γ SV −γ SL + γ EW (1)
γ EW = (d × σ L 2 ) / (2 × ε 0 × ε r ) (2)
σ L = ε 0 × ε r × V / d (3)
LV represents the interfacial tension between liquid and gas, γ SV represents the interfacial tension between solid and gas, γ SL represents the interfacial tension between solid and liquid, and γ EW represents the interfacial tension due to the strength of the electric field. Ε 0 represents the dielectric constant of the vacuum, ε r represents the dielectric constant of the insulating film 111, V represents the magnitude of the applied voltage, and d represents the distance between the electrodes 110 and 112. )

このようなエレクトロウェッティングを利用した現象は、導電性が異なり、かつ混合しない2種類の液体を用いた場合においても生じることが知られている。この2種類の液体を用いる場合には、一般的に、絶縁膜として撥水膜が用いられ、2種類の液体として水を含む極性を有する液体と、シリコンオイルや炭化水素系の材料を含む無極性の液体とが用いられている。この撥水膜および極性が異なる2種の液体を用いる技術は、様々な分野において適用可能であるため注目されている。   It is known that such a phenomenon using electrowetting occurs even when two types of liquids having different conductivity and not mixed are used. In the case of using these two kinds of liquids, a water repellent film is generally used as the insulating film, and the two kinds of liquids having a polarity including water and a nonpolar electrode including silicon oil or a hydrocarbon-based material. Liquid is used. The technique using the water repellent film and two kinds of liquids having different polarities is attracting attention because it can be applied in various fields.

具体的には、2種類の液体の屈折率の差を利用してズームレンズや表示装置に設けたマイクロレンズとして用いる技術が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。また、2種類の液体のうちの一方に染料等を溶解あるいは分散させて、2種類の液体における光の透過率の差を利用して表示装置に用いる技術が知られている(例えば、特許文献3,4参照)。
特表2006−504132号公報 特開2006−267386号公報 特開2000−356750号公報 特表2007−500876号公報
Specifically, a technique is known that uses a difference in refractive index between two types of liquids as a microlens provided in a zoom lens or a display device (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In addition, a technique is known in which a dye or the like is dissolved or dispersed in one of two types of liquid and used for a display device using a difference in light transmittance between the two types of liquid (for example, Patent Documents). 3 and 4).
JP-T-2006-504132 JP 2006-267386 A JP 2000-356750 A Special table 2007-500876 gazette

上記した特許文献1〜4の技術では、低温環境においても使用可能にするために、極性を有する液体に無機塩が含まれている。このため、電極に電圧を印加した場合に、無機塩が電離して撥水膜の表面に蓄積あるいは吸着される不純物イオンとなることにより、電極間の電圧保持性が低下しやすいという問題があった。   In the techniques of Patent Documents 1 to 4 described above, an inorganic salt is contained in a polar liquid in order to enable use even in a low temperature environment. For this reason, when a voltage is applied to the electrodes, the inorganic salt is ionized and becomes impurity ions that are accumulated or adsorbed on the surface of the water-repellent film. It was.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、低温特性を確保すると共に電圧保持性を向上させることができる液体光学素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a liquid optical element capable of ensuring low temperature characteristics and improving voltage holding performance.

本発明の液体光学素子は、表面に絶縁膜が形成された第1の電極と、第1の電極の絶縁膜の側に対向配置された第2の電極と、第1の電極と第2の電極との間に封入されて互いに分離した状態を保つ、透明な極性液体および不透明な無極性液体とを備えたものである。極性液体は水およびアルコールの混合液であり、かつ、混合液中の不純物イオン濃度は、第1の電極と第2の電極との間の電圧保持率が90%となる濃度以下に設定される。この「電圧保持率」とは、電極間に電圧を印加した際に充電された電荷の量に対して、所定の時間を経過したのちに保持されている電荷の量の割合のことである。さらに、「不純物イオン」とは、電圧保持率を低下させる要因となる無機系あるいは有機系のイオンのことであり、例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、塩化物イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、酢酸イオン、または隔壁あるいは染料などの構成材料が分解しイオン化したものなどのことである。上記した絶縁膜は、例えば、無電界下において上記した極性液体よりも無極性液体との親和性が高いものであることが好ましい。   The liquid optical element of the present invention includes a first electrode having an insulating film formed on the surface, a second electrode disposed opposite to the insulating film side of the first electrode, the first electrode, and the second electrode It is provided with a transparent polar liquid and an opaque nonpolar liquid that are sealed between the electrodes and kept separated from each other. The polar liquid is a mixed liquid of water and alcohol, and the impurity ion concentration in the mixed liquid is set to be equal to or lower than the concentration at which the voltage holding ratio between the first electrode and the second electrode is 90%. . This “voltage holding ratio” is the ratio of the amount of charge held after a predetermined time has elapsed with respect to the amount of charge charged when a voltage is applied between the electrodes. Furthermore, “impurity ions” are inorganic or organic ions that cause a decrease in voltage holding ratio, for example, lithium ions, sodium ions, potassium ions, calcium ions, magnesium ions, chloride ions. , Nitrate ions, sulfate ions, phosphate ions, acetate ions, or those obtained by decomposing and ionizing constituent materials such as partition walls or dyes. For example, the insulating film preferably has a higher affinity with the nonpolar liquid than the polar liquid described above in the absence of an electric field.

本発明の液体光学素子では、第1の電極および第2の電極の間に駆動電圧が印加されると、第1の電極の表面に形成された絶縁膜の塗れ性が静電的に変化することによって、光の透過率が高くなるように極性液体および無極性液体が変形および変位する。よって、極性液体が水およびアルコールの混合液であることにより、低温環境下に曝された場合に、極性液体が凝固しづらくなり、両電極間に駆動電圧を印加した際およびそののち無印加の状態に戻した際に、速やかに極性液体および無極性液体が変形および変位する。また、極性液体中の不純物イオン濃度が第1の電極と第2の電極との間の電圧保持率が90%となる濃度以下であることにより、両電極間に駆動電圧を印加した場合に、絶縁膜の表面に蓄積あるいは吸着される不純物イオンの量が僅かとなるため、電圧保持率の低下が抑制される。   In the liquid optical element of the present invention, when a driving voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the wettability of the insulating film formed on the surface of the first electrode changes electrostatically. As a result, the polar liquid and the nonpolar liquid are deformed and displaced so that the light transmittance is increased. Therefore, since the polar liquid is a mixed liquid of water and alcohol, it becomes difficult for the polar liquid to solidify when exposed to a low-temperature environment. When returning to the state, the polar liquid and the nonpolar liquid are rapidly deformed and displaced. In addition, when the impurity ion concentration in the polar liquid is equal to or lower than the concentration at which the voltage holding ratio between the first electrode and the second electrode is 90%, when a driving voltage is applied between both electrodes, Since the amount of impurity ions accumulated or adsorbed on the surface of the insulating film is small, a decrease in voltage holding ratio is suppressed.

本発明の液体光学素子によれば、極性液体が水およびアルコールの混合液であり、かつその混合液中の不純物イオン濃度が第1の電極と第2の電極との間の電圧保持率が90%となる濃度以下であるので、低温特性を確保すると共に電圧保持性を向上させることができる。   According to the liquid optical element of the present invention, the polar liquid is a mixed liquid of water and alcohol, and the impurity ion concentration in the mixed liquid is 90% between the first electrode and the second electrode. Since the concentration is equal to or less than%, the low temperature characteristics can be secured and the voltage holding property can be improved.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係る液体光学素子の断面構成を表している。また、図2は図1に示した液体光学素子が備えた1つのセルを拡大して表しており、図3は図2に示した液体光学素子のセルの平面構成を表している。図2(A)および図3(A)は、駆動電圧が印加されていない状態を表し、図2(B)および図3(B)は駆動電圧が印加されている状態を表している。この液体光学素子は、図1に示したように、対向配置されたセル電極基板10および対向電極基板20と、セル電極基板10と対向電極基板20との間に封入された透明な極性液体30および不透明な無極性液体40とを備えて構成されている。この液体光学素子は、図2に示したセルを複数備え透光量を制御する、いわゆる透過型の液体光学素子であり、表示装置や、カメラのシャッタあるいは絞りなどに用いられるものである。   FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a liquid optical element according to an embodiment of the present invention. 2 shows an enlarged view of one cell included in the liquid optical element shown in FIG. 1, and FIG. 3 shows a planar configuration of the cell of the liquid optical element shown in FIG. 2A and 3A show a state in which the driving voltage is not applied, and FIGS. 2B and 3B show a state in which the driving voltage is applied. As shown in FIG. 1, the liquid optical element includes a cell electrode substrate 10 and a counter electrode substrate 20 which are arranged to face each other, and a transparent polar liquid 30 sealed between the cell electrode substrate 10 and the counter electrode substrate 20. And an opaque nonpolar liquid 40. This liquid optical element is a so-called transmission-type liquid optical element that includes a plurality of cells shown in FIG. 2 and controls the amount of transmitted light, and is used for a display device, a shutter of a camera, a diaphragm, or the like.

セル電極基板10は、透明基板11の対向電極基板20の側の面に、マトリックス状に分割されて複数形成されたセル電極12と、各セル電極12の表面を覆うように形成された撥水膜13と、撥水膜13の上に各セルを囲むように形成された隔壁14とを有して構成されている。なお、セル電極12は本発明の「第1の電極」の一具体例に対応し、撥水膜13は本発明の第1の電極の表面に形成された「絶縁膜」の一具体例に対応する。   The cell electrode substrate 10 includes a plurality of cell electrodes 12 that are divided into a matrix and formed on the surface of the transparent substrate 11 on the counter electrode substrate 20 side, and a water repellent formed so as to cover the surface of each cell electrode 12. The film 13 and the partition wall 14 formed on the water-repellent film 13 so as to surround each cell are configured. The cell electrode 12 corresponds to a specific example of “first electrode” of the present invention, and the water repellent film 13 corresponds to a specific example of “insulating film” formed on the surface of the first electrode of the present invention. Correspond.

このセル電極基板10は、不純物イオン濃度が50ppm以下の純水により洗浄されたものが好ましい。極性液体40中の不純物イオン濃度が低く抑えられるからである。   The cell electrode substrate 10 is preferably washed with pure water having an impurity ion concentration of 50 ppm or less. This is because the impurity ion concentration in the polar liquid 40 can be kept low.

透明基板11は、例えば、ガラス、シリコンまたはプラスチックなどの透明(光透過性)材料により構成されている。   The transparent substrate 11 is made of a transparent (light transmissive) material such as glass, silicon, or plastic.

セル電極12は、セル電極基板10および対向電極基板20の間に駆動電圧を印加し、撥水膜13の塗れ性を制御するための一方の電極である。セル電極12は、例えば、光透過性を有する透明電極であり、例えば、酸化インジウム錫(ITO;Indium Tin Oxide)あるいは酸化亜鉛などの透明電極材料により構成されている。   The cell electrode 12 is one electrode for applying a driving voltage between the cell electrode substrate 10 and the counter electrode substrate 20 to control the paintability of the water repellent film 13. The cell electrode 12 is a transparent electrode having optical transparency, for example, and is made of a transparent electrode material such as indium tin oxide (ITO) or zinc oxide.

撥水膜13は、セル電極基板10および対向電極基板20の間に印加される駆動電圧により静電的に塗れ性が変化する絶縁膜である。絶縁膜である撥水膜13の塗れ性に応じて、撥水膜13と極性液体30および無極性液体40との接触する面積が変化する。撥水膜13は、無電界下において極性液体30よりも無極性液体40との親和性が高いものが好ましく、極性液体30および無極性液体40よりも表面の疎水性が高いものが好ましい。撥水膜13の材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデンあるいはポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系ポリマーが挙げられ、具体的には、比誘電率が2程度であるテフロンAF(AF1601S系;デュポン社製(テフロンは登録商標))や、サイトップ(旭硝子社製)などが挙げられる。なお、撥水膜13は、絶縁性を高めるために絶縁層の上に撥水層を積層した構造のものでもよい。この場合に用いられる絶縁層の材料としては、例えば、シリカ系のものなどが挙げられる。   The water repellent film 13 is an insulating film whose paintability is changed electrostatically by a driving voltage applied between the cell electrode substrate 10 and the counter electrode substrate 20. The contact area of the water repellent film 13 with the polar liquid 30 and the nonpolar liquid 40 varies depending on the wettability of the water repellent film 13 that is an insulating film. The water repellent film 13 preferably has a higher affinity with the nonpolar liquid 40 than the polar liquid 30 under no electric field, and preferably has a higher surface hydrophobicity than the polar liquid 30 and the nonpolar liquid 40. Examples of the material of the water repellent film 13 include a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride or polytetrafluoroethylene, and specifically, a Teflon AF (AF1601S system having a relative dielectric constant of about 2; manufactured by DuPont). (Teflon is a registered trademark)) and Cytop (Asahi Glass Co., Ltd.). The water repellent film 13 may have a structure in which a water repellent layer is laminated on an insulating layer in order to enhance insulation. Examples of the material for the insulating layer used in this case include silica-based materials.

隔壁14は、不透明であり、無極性液体40が撥水膜13の表面を移動する領域を制限するためのものである。隔壁14は、各セルを囲むように各セルの間、すなわち各セル電極12の間に沿って撥水膜13の上に設けられている。この隔壁14は、例えば、フォトリソ法により形成されるものであり、その材料としては、ブラックレジストなどの不透明なレジスト材料などが挙げられる。なお、隔壁14は、各セル電極12の間の光の透過を遮るものであれば任意であり、不透明な層の上に透明な層を積層した構造のものでもよい。この場合に用いられる透明な層の材料としては、例えば、SU8(化薬マイクロケム社製)などの透明なレジスト材料が挙げられる。   The partition wall 14 is opaque, and is for limiting a region where the nonpolar liquid 40 moves on the surface of the water repellent film 13. The partition wall 14 is provided on the water-repellent film 13 between the cells, that is, between the cell electrodes 12 so as to surround each cell. The partition wall 14 is formed, for example, by a photolithography method, and examples of the material include an opaque resist material such as a black resist. The barrier ribs 14 are arbitrary as long as they block light transmission between the cell electrodes 12, and may have a structure in which a transparent layer is laminated on an opaque layer. Examples of the transparent layer material used in this case include a transparent resist material such as SU8 (manufactured by Kayaku Microchem).

対向電極基板20は、透明基板21のセル電極基板10側の表面に対向電極22が形成された構成を有するものである。対向電極基板20は、セル電極基板10と同様に、不純物イオン濃度が50ppm以下の純水により洗浄されたものが好ましい。極性液体40中の不純物イオン濃度が低く抑えられるからである。なお、対向電極基板20は、対向電極22の表面に撥水膜13よりも疎水性の低い絶縁性の膜を形成したものでもよい。透明基板21は、例えば、透明基板11と同様の材料により構成されている。対向電極22は、セル電極基板10および対向電極基板20の間に電圧を印加するためのもう一方の電極であり、例えば、セル電極12と同様の材料により構成されている。   The counter electrode substrate 20 has a configuration in which a counter electrode 22 is formed on the surface of the transparent substrate 21 on the cell electrode substrate 10 side. As with the cell electrode substrate 10, the counter electrode substrate 20 is preferably cleaned with pure water having an impurity ion concentration of 50 ppm or less. This is because the impurity ion concentration in the polar liquid 40 can be kept low. The counter electrode substrate 20 may be formed by forming an insulating film having a lower hydrophobicity than the water repellent film 13 on the surface of the counter electrode 22. The transparent substrate 21 is made of the same material as that of the transparent substrate 11, for example. The counter electrode 22 is another electrode for applying a voltage between the cell electrode substrate 10 and the counter electrode substrate 20, and is made of, for example, the same material as that of the cell electrode 12.

極性液体30は、無極性液体40と混じり合わない(すなわち、互いに分離した状態を保つ)透明な液体である。極性液体30は、水およびアルコールの混合液であり、かつ、その混合液中の不純物イオン濃度は、セル電極12と対向電極22との間の電圧保持率が90%となる濃度以下のものである。これにより、水の他にアルコールを含むため、低温環境下に曝されても凝固が抑制される。また、不純物イオン濃度が低いため、撥水膜13の表面に蓄積あるいは吸着する不純物イオンの量を僅かにすることが可能になり、セル電極12および対向電極22の間に駆動電圧を繰り返し印加しても、電圧保持率の低下が抑制される。よって、低温特性が確保されると共に電圧保持性が向上する。   The polar liquid 30 is a transparent liquid that does not mix with the nonpolar liquid 40 (ie, keeps separated from each other). The polar liquid 30 is a mixed liquid of water and alcohol, and the impurity ion concentration in the mixed liquid is not higher than the concentration at which the voltage holding ratio between the cell electrode 12 and the counter electrode 22 is 90%. is there. Thereby, since alcohol is included in addition to water, coagulation is suppressed even when exposed to a low temperature environment. Further, since the impurity ion concentration is low, the amount of impurity ions accumulated or adsorbed on the surface of the water repellent film 13 can be made small, and a driving voltage is repeatedly applied between the cell electrode 12 and the counter electrode 22. Even in this case, a decrease in the voltage holding ratio is suppressed. Therefore, low temperature characteristics are ensured and voltage retention is improved.

極性液体30中の水とアルコールとの混合比は、後述する無極性液体40中に含まれる染料あるいは顔料が極性液体30に溶出しなければ任意である。但し、極性液体30中のアルコールが占める割合を大きくしたほうが、極性液体30の凝固および電圧保持率の低下をより抑制するうえ、後述するように、駆動電圧を印加していない状態(図2(A)および図3(A)に示した状態)における撥水膜13に対する無極性液体40の接触角が小さくなるため、駆動電圧を印加した場合の応答速度が速くなる。その一方で、極性液体30中のアルコールが占める割合が大きすぎると無極性液体40が含む染料あるいは顔料が極性液体30に溶出するおそれがある。このため、極性液体30中のアルコールが占める割合は10重量%以上60重量%以下であること、すなわち、極性液体30中の水が占める割合が40重量%以上90重量%以下であることが好ましい。   The mixing ratio of water and alcohol in the polar liquid 30 is arbitrary as long as a dye or pigment contained in the nonpolar liquid 40 described later does not elute into the polar liquid 30. However, when the proportion of the alcohol in the polar liquid 30 is increased, solidification of the polar liquid 30 and a decrease in the voltage holding ratio are further suppressed, and a driving voltage is not applied as described later (FIG. 2 ( Since the contact angle of the nonpolar liquid 40 with respect to the water-repellent film 13 in the state A) and the state shown in FIG. On the other hand, if the proportion of the alcohol in the polar liquid 30 is too large, the dye or pigment contained in the nonpolar liquid 40 may be eluted into the polar liquid 30. Therefore, the proportion of alcohol in the polar liquid 30 is preferably 10% by weight to 60% by weight, that is, the proportion of water in the polar liquid 30 is preferably 40% by weight to 90% by weight. .

極性液体30は、不純物イオン濃度が50ppm以下の純水と、純度99.5%以上のアルコールとの混合液であることが好ましい。電圧保持率の低下が抑制されるからである。この純水としては、例えば、比抵抗値が18MΩ・cm以上のものが挙げられ、具体的には、ミリポア社製超純水製造システムにより製造される精密機器洗浄用の純水が挙げられる。また、アルコールは、不純物イオンの含有量が極微量であるものが好ましく、高い極性を有することから、低級アルコールであることが好ましい。低級アルコールとしては、例えば、メタノール(MeOH)、エタノール(EtOH)、イソプロピルアルコール(iPrOH)、あるいはエチレングリコールなどが挙げられる。これらを単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。中でも、メタノール、あるいはエタノール、またはメタノールおよびエタノールを混合したものが好ましい。メタノールを用いた場合には極性を高くすることが可能となり、エタノールを用いた場合には安全性を高めることが可能となるからである。   The polar liquid 30 is preferably a mixed liquid of pure water having an impurity ion concentration of 50 ppm or less and an alcohol having a purity of 99.5% or more. This is because a decrease in voltage holding ratio is suppressed. Examples of the pure water include those having a specific resistance value of 18 MΩ · cm or more, and specifically, pure water for precision equipment cleaning produced by an ultrapure water production system manufactured by Millipore. In addition, the alcohol preferably has a very small content of impurity ions, and since it has high polarity, it is preferably a lower alcohol. Examples of the lower alcohol include methanol (MeOH), ethanol (EtOH), isopropyl alcohol (iPrOH), and ethylene glycol. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, methanol, ethanol, or a mixture of methanol and ethanol is preferable. This is because the polarity can be increased when methanol is used, and the safety can be increased when ethanol is used.

無極性液体40は、極性液体30と混じり合わない(すなわち、互いに分離した状態を保つ)不透明な液体であり、例えば、無極性の溶媒あるいは分散媒と、染料あるいは顔料とを含むものである。無極性な溶媒あるいは分散媒としては、例えば、オクタン(C8 18)、デカン(C1022)、ウンデカン(C1124)、ドデカン(C1226)あるいはヘキサデカン(C1634)などの飽和炭化水素や、シリコンオイルなどが挙げられる。これらを単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。また、顔料あるいは染料としては、例えば、カーボンブラックあるいはズダンブラックなどが挙げられる。 The nonpolar liquid 40 is an opaque liquid that does not mix with the polar liquid 30 (that is, maintains a state separated from each other), and includes, for example, a nonpolar solvent or dispersion medium and a dye or pigment. Examples of the nonpolar solvent or dispersion medium include octane (C 8 H 18 ), decane (C 10 H 22 ), undecane (C 11 H 24 ), dodecane (C 12 H 26 ), and hexadecane (C 16 H 34). ) And the like, and silicon oil. These may be used alone or in combination of two or more. Examples of pigments or dyes include carbon black and sudan black.

この液体光学素子では、駆動電圧を印加してない状態(図2(A)および図3(A)に示した状態)において撥水膜13に対する無極性液体40の接触角は、撥水膜13の疎水性、ならびに極性液体30および無極性液体40の組成によって異なるが、その接触角は小さい(接触角の余弦値は1に近い)ほうが好ましい。駆動電圧が低くても、極性液体30および無極性液体40が図2(A)および図3(A)から、図2(B)および図3(B)に示した状態になるまでの応答時間が短縮され、その結果、応答速度が速くなるからである。   In this liquid optical element, the contact angle of the nonpolar liquid 40 with respect to the water repellent film 13 in a state where no driving voltage is applied (the state shown in FIGS. 2A and 3A) is the water repellent film 13. The contact angle is preferably small (the cosine value of the contact angle is close to 1), although it varies depending on the hydrophobicity and the composition of the polar liquid 30 and the nonpolar liquid 40. Even when the driving voltage is low, the response time until the polar liquid 30 and the nonpolar liquid 40 reach the state shown in FIGS. 2 (B) and 3 (B) from FIG. 2 (A) and FIG. 3 (A). This is because the response speed is increased.

なお、上記した撥水膜13に対する無極性液体40の接触角は、例えば、図4に示す測定方法により求めることできる。すなわち、図4に示したように、極性液体30Aにより満たされた容器100と、撥水膜13Aが形成された基板101とを撥水膜13Aの表面が下向きになるように容器100の中に配置し、鉤型シリンジ102により無極性液体40Aを撥水膜13Aの表面に配置する。この場合の撥水膜13Aに対する無極性液体40Aの角度を測定することにより接触角θを求めることができる。但し、図4に示した場合における極性液体30Aとは極性を有する液体のことであり、無極性液体40Aとは極性液体30Aと混じり合わない液体のことである。また、図4は、無極性液体40Aの比重が極性液体30Aの比重よりも小さい場合に接触角θを求める測定方法の一例である。   In addition, the contact angle of the nonpolar liquid 40 with respect to the above-mentioned water-repellent film 13 can be calculated | required with the measuring method shown, for example in FIG. That is, as shown in FIG. 4, the container 100 filled with the polar liquid 30A and the substrate 101 on which the water repellent film 13A is formed are placed in the container 100 so that the surface of the water repellent film 13A faces downward. The nonpolar liquid 40A is placed on the surface of the water repellent film 13A by the saddle type syringe 102. In this case, the contact angle θ can be obtained by measuring the angle of the nonpolar liquid 40A with respect to the water repellent film 13A. However, the polar liquid 30A in the case shown in FIG. 4 is a liquid having polarity, and the nonpolar liquid 40A is a liquid that does not mix with the polar liquid 30A. FIG. 4 is an example of a measurement method for obtaining the contact angle θ when the specific gravity of the nonpolar liquid 40A is smaller than the specific gravity of the polar liquid 30A.

また、上記した撥水膜13に対する無極性液体40の接触角は、例えば、後述する参考データにより推側することが可能である。次に、この参考データについて詳細を説明する。   Further, the contact angle of the nonpolar liquid 40 with respect to the water repellent film 13 can be estimated by reference data to be described later, for example. Next, details of this reference data will be described.

(参考データ1−1〜1−8)
図4に示した測定方法により接触角θを求めた。その際、極性液体30Aとして水およびメタノール(MeOH)を表1に示した割合で混合した混合液と、無極性液体40Aとしてドデカン(C1226)と、サイトップ(旭硝子社製)よりなる撥水膜13Aが形成された基板101とを用いて、接触角θを求めた。なお、本参考データでは、無極性液体40Aとして染料あるいは顔料を含まないものを用いている。
(Reference data 1-1 to 1-8)
The contact angle θ was determined by the measurement method shown in FIG. At that time, the polar liquid 30A is composed of a mixture of water and methanol (MeOH) mixed at a ratio shown in Table 1, the nonpolar liquid 40A is composed of dodecane (C 12 H 26 ), and Cytop (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.). The contact angle θ was determined using the substrate 101 on which the water repellent film 13A was formed. In this reference data, a nonpolar liquid 40A that does not contain a dye or pigment is used.

(参考データ1−9〜1−13,1−14〜1−18)
無極性液体としてドデカンの代わりにデカン(C1022;参考データ1−9〜1−13)あるいはオクタン(C8 18;参考データ1−14〜1−18)を用いたことを除き、参考データ1−1,1−2,1−4,1−6または1−8と同様にして接触角θを求めた。
(Reference data 1-9 to 1-13, 1-14 to 1-18)
Except that decane (C 10 H 22 ; reference data 1-9 to 1-13) or octane (C 8 H 18 ; reference data 1-14 to 1-18) was used instead of dodecane as the nonpolar liquid, The contact angle θ was determined in the same manner as the reference data 1-1, 1-2, 1-4, 1-6, or 1-8.

(参考データ2−1,2−2)
極性液体30Aとして水と、エタノール(EtOH;参考データ2−1)あるいはイソプロピルアルコール(iPrOH;参考データ2−2)との混合液を用いたことを除き、参考データ1−6と同様にして接触角θを求めた。
(Reference data 2-1, 2-2)
Contact as in Reference Data 1-6, except that a mixed liquid of water and ethanol (EtOH; Reference Data 2-1) or isopropyl alcohol (iPrOH; Reference Data 2-2) was used as the polar liquid 30A. The angle θ was determined.

これら参考データ1−1〜1−18について接触角θの余弦値(cosθ)を算出したところ、表1および図5に示した結果が得られた。また、参考データ2−1および2−2について接触角θの余弦値を求めたところ、表1に示した結果が得られた。なお、図5は、極性液体中の水が占める割合(重量%)と、無極性液体の接触角θの余弦値(cosθ)との関係を表している。図5では、参考データ1−1〜1−8と、参考データ1−9〜1−13と、参考データ1−14〜1−18をそれぞれ一つのデータ系列として示している。   When the cosine value (cos θ) of the contact angle θ was calculated for these reference data 1-1 to 1-18, the results shown in Table 1 and FIG. 5 were obtained. Further, when the cosine value of the contact angle θ was obtained for the reference data 2-1 and 2-2, the results shown in Table 1 were obtained. FIG. 5 shows the relationship between the proportion (% by weight) of water in the polar liquid and the cosine value (cos θ) of the contact angle θ of the nonpolar liquid. In FIG. 5, reference data 1-1 to 1-8, reference data 1-9 to 1-13, and reference data 1-14 to 1-18 are shown as one data series.

Figure 0005071149
Figure 0005071149

表1および図5に示したように、参考データ1−1〜1−8の結果から、無極性液体40Aとしてドデカンを用いた場合には、極性液体30A中の水の占める割合が40重量%以上90重量%以下の範囲において、余弦値が0.8程度あるいはそれ以上となり良好な接触角θとなる傾向を示すことが確認された。また、参考データ1−9〜1−13、および参考データ1−14〜1−18の結果から、無極性液体40Aとしてデカンあるいはオクタンを用いた場合においても、参考データ1−1〜1−8と同様の傾向を示すことが確認された。すなわち、無極性液体の種類に関係なく、極性液体30A中の水の占める割合が40重量%以上90重量%以下の範囲において、余弦値が0.8程度あるいはそれ以上となり良好な接触角θとなることが判明した。   As shown in Table 1 and FIG. 5, from the results of the reference data 1-1 to 1-8, when dodecane is used as the nonpolar liquid 40A, the proportion of water in the polar liquid 30A is 40% by weight. In the range of 90% by weight or less, it was confirmed that the cosine value is about 0.8 or more and tends to have a good contact angle θ. Further, from the results of the reference data 1-9 to 1-13 and the reference data 1-14 to 1-18, even when decane or octane is used as the nonpolar liquid 40A, the reference data 1-1 to 1-8 It was confirmed that the same tendency was exhibited. That is, regardless of the type of nonpolar liquid, the cosine value is about 0.8 or more when the proportion of water in the polar liquid 30A is in the range of 40% by weight to 90% by weight, and a good contact angle θ. Turned out to be.

また、参考データ1−6,2−1および2−2の結果から、極性液体30Aに混合するアルコールが低級アルコールであれば良好な接触角θとなり、そのアルコールがメタノールを含めばより良好な接触角θとなることが確認された。   Further, from the results of the reference data 1-6, 2-1, and 2-2, if the alcohol mixed in the polar liquid 30A is a lower alcohol, a good contact angle θ is obtained. If the alcohol includes methanol, a better contact is obtained. It was confirmed that the angle θ was obtained.

(参考データ3−1〜3−5)
無極性液体40Aとしてドデカンにズダンブラックを溶解させた液体を用いたことを除き、参考データ1−4と同様に接触角θを求めた。なお、この際、参考データ3−1では、10μm厚の無極性液体40Aの透過率が10%となるようにドデカンにズダンブラックを溶解させた。また、参考データ3−2〜3−5では、無極性液体40A中におけるズダンブラックの濃度が参考データ3−1に対して50%(参考データ3−2),33.3%(参考データ3−3),14%(参考データ3−4)あるいは2%(参考データ3−5)とした。
(Reference data 3-1 to 3-5)
The contact angle θ was determined in the same manner as in Reference Data 1-4, except that a liquid in which sudan black was dissolved in dodecane was used as the nonpolar liquid 40A. At this time, in Reference Data 3-1, sudan black was dissolved in dodecane so that the transmittance of the 10 μm-thick nonpolar liquid 40A was 10%. Further, in the reference data 3-2 to 3-5, the concentration of sudan black in the nonpolar liquid 40A is 50% (reference data 3-2) and 33.3% (reference data 3) with respect to the reference data 3-1. -3), 14% (reference data 3-4) or 2% (reference data 3-5).

これら参考データ3−1〜3−5について接触角θの余弦値を算出したところ、表2および図6に示した結果が得られた。なお、図6は、無極性液体中のズダンブラックの相対濃度(参考データ3−1を100%とする)と接触角θの余弦値(cosθ)との関係を表している。   When the cosine value of the contact angle θ was calculated for these reference data 3-1 to 3-5, the results shown in Table 2 and FIG. 6 were obtained. FIG. 6 shows the relationship between the relative concentration of sudan black in the nonpolar liquid (reference data 3-1 is 100%) and the cosine value (cos θ) of the contact angle θ.

Figure 0005071149
Figure 0005071149

表2および図6に示したように、無極性液体中の染料等の含有量により接触角θは変化するが、その変化量は少なく、無極性液体が染料等を含まない場合と同程度であることが確認された。   As shown in Table 2 and FIG. 6, the contact angle θ varies depending on the content of the dye or the like in the nonpolar liquid, but the amount of change is small and is the same as when the nonpolar liquid does not contain the dye or the like. It was confirmed that there was.

上記した表1,2および図5,6の結果から、本実施の形態における液体光学素子では、駆動電圧を印加してない状態において撥水膜13に対する無極性液体40の接触角は、無極性液体40の組成に関係なく、極性液体30中のアルコールが占める割合に影響を受けるものと考えられる。すなわち、撥水膜13に対する無極性液体40の接触角は、上記した本参考データにより推側可能であることが確認された。   From the results shown in Tables 1 and 2 and FIGS. 5 and 6, in the liquid optical element in the present embodiment, the contact angle of the nonpolar liquid 40 with respect to the water repellent film 13 is nonpolar in the state where the drive voltage is not applied. Regardless of the composition of the liquid 40, it is considered that the proportion of alcohol in the polar liquid 30 is affected. That is, it was confirmed that the contact angle of the nonpolar liquid 40 with respect to the water repellent film 13 can be estimated by the above reference data.

次に、上記した液体光学素子の製造方法ついて説明する。この液体光学素子は、例えば、以下の手順により製造される。   Next, a method for manufacturing the above-described liquid optical element will be described. This liquid optical element is manufactured, for example, by the following procedure.

まず、セル電極基板10を作製する。すなわち、透明基板11の表面に透明電極材料よりなる膜を形成したのち、その膜の上に感光性のレジスト材料を塗布し、フォトリソ法によって所定のパターンを形成する。そののち、混酸に浸すことによって透明電極材料よりなる膜をエッチングすることにより、マトリックス状のセル電極12を形成する。続いて、セル電極12が形成された透明基板11をLCD(Liquid Crystal Display)などのガラス基板などの洗浄工程にも用いられる洗剤等を用いて超音波洗浄したのち、不純物イオン濃度が50ppm以下の純水により洗剤を十分に除去する。そののち紫外線オゾン処理によりドライ洗浄する。続いて、スピンコート法などにより、透明基板11上のセル電極12を覆うように撥水膜13を形成する。続いて、紫外線オゾン処理法や酸素プラズマアッシング法により撥水膜13の表面を処理したのち、撥水膜13の上に感光性のレジスト材料を塗布し、フォトリソ法によって所定のパターンの隔壁14を形成する。続いて、不純物イオン濃度が50ppm以下の純水により、撥水膜13および隔壁14の表面の不純物イオンを除去する。最後に、紫外線オゾン処理法や酸素プラズマアッシング法により、撥水膜13および隔壁14の表面を処理することにより、それらの表面の撥水性を調整する。   First, the cell electrode substrate 10 is produced. That is, after a film made of a transparent electrode material is formed on the surface of the transparent substrate 11, a photosensitive resist material is applied on the film, and a predetermined pattern is formed by photolithography. After that, the matrix cell electrode 12 is formed by etching the film made of the transparent electrode material by immersing in a mixed acid. Subsequently, the transparent substrate 11 on which the cell electrode 12 is formed is ultrasonically cleaned using a detergent or the like that is also used in a cleaning process of a glass substrate such as an LCD (Liquid Crystal Display), and the impurity ion concentration is 50 ppm or less. Thoroughly remove the detergent with pure water. After that, dry cleaning is performed by ultraviolet ozone treatment. Subsequently, a water repellent film 13 is formed so as to cover the cell electrode 12 on the transparent substrate 11 by spin coating or the like. Subsequently, after the surface of the water-repellent film 13 is treated by an ultraviolet ozone treatment method or an oxygen plasma ashing method, a photosensitive resist material is applied on the water-repellent film 13, and the partition walls 14 having a predetermined pattern are formed by a photolithography method. Form. Subsequently, the impurity ions on the surfaces of the water repellent film 13 and the partition wall 14 are removed with pure water having an impurity ion concentration of 50 ppm or less. Finally, the surface of the water repellent film 13 and the partition wall 14 is treated by an ultraviolet ozone treatment method or an oxygen plasma ashing method to adjust the water repellency of those surfaces.

また、透明基板21の表面に透明電極材料よりなる対向電極22を形成したのち、セル電極12を形成したのちに行った洗浄方法と同様にして対向電極22の表面を洗浄することにより、対向電極基板20を作製する。   Further, after the counter electrode 22 made of a transparent electrode material is formed on the surface of the transparent substrate 21, the surface of the counter electrode 22 is cleaned in the same manner as the cleaning method performed after the cell electrode 12 is formed. The substrate 20 is produced.

次に、セル電極基板10および対向電極基板20を所定の間隔に保つための間隙形成材(図示せず)をセル電極基板10の外周部に配置する。この間隙形成材としては、例えばシール接着剤や、接着剤にシリカ球を混ぜたものなどが挙げられる。   Next, a gap forming material (not shown) for keeping the cell electrode substrate 10 and the counter electrode substrate 20 at a predetermined interval is disposed on the outer periphery of the cell electrode substrate 10. Examples of the gap forming material include a seal adhesive and an adhesive in which silica spheres are mixed.

次に、セル電極基板10の撥水膜13の上に無極性液体40を塗布したのち、所定の速度で極性液体30を流し入れる。   Next, after applying the nonpolar liquid 40 on the water repellent film 13 of the cell electrode substrate 10, the polar liquid 30 is poured at a predetermined speed.

最後に、間隙形成材を介してセル電極基板10および対向電極基板20を貼り合わせたのちに、封止剤を用いてセル電極基板10および対向電極基板20の周縁部を封止する。これにより、図1〜図3に示した液体光学素子が完成する。   Finally, after the cell electrode substrate 10 and the counter electrode substrate 20 are bonded together via a gap forming material, the peripheral portions of the cell electrode substrate 10 and the counter electrode substrate 20 are sealed using a sealant. Thereby, the liquid optical element shown in FIGS. 1 to 3 is completed.

次に、図2および図3を参照して、上記した液体光学素子の動作について説明する。   Next, the operation of the above-described liquid optical element will be described with reference to FIGS.

上記した液体光学素子では、まず、駆動電圧が無印加の場合には、図2(A)および図3(A)に示したように無極性液体40が撥水膜13の全体を覆った状態となっている。このため、例えば、セル電極基板10側から光が照射されると、不透明な無極性液体40によって入射光は遮られる。一方、セル電極12および対向電極22の間に駆動電圧が印加された場合には、セル電極12および対向電極22の間の電位差に応じて撥水膜13の塗れ性が変化(疎水性が低下)し、撥水膜13の表面に対する無極性液体40の接触角が大きくなるように、極性液体30および無極性液体40が移動することとなる。その結果、図2(B)および図3(B)示したように無極性液体40が盛り上がった形状に変形した状態となる。このため、例えば、セル電極基板10側から光が照射されると、入射光は隔壁14と無極性液体40との間を透過して対向電極基板20の側に射出される。すなわち、駆動電圧に応じて撥水膜13が無極性液体40により覆われる面積が変化することにより、光の透過量が調整される。   In the liquid optical element described above, first, when no drive voltage is applied, the nonpolar liquid 40 covers the entire water-repellent film 13 as shown in FIGS. 2 (A) and 3 (A). It has become. For this reason, for example, when light is irradiated from the cell electrode substrate 10 side, the incident non-polar liquid 40 blocks the incident light. On the other hand, when a driving voltage is applied between the cell electrode 12 and the counter electrode 22, the wettability of the water repellent film 13 changes according to the potential difference between the cell electrode 12 and the counter electrode 22 (the hydrophobicity decreases). The polar liquid 30 and the nonpolar liquid 40 move so that the contact angle of the nonpolar liquid 40 with respect to the surface of the water repellent film 13 is increased. As a result, as shown in FIGS. 2B and 3B, the nonpolar liquid 40 is deformed into a raised shape. Therefore, for example, when light is irradiated from the cell electrode substrate 10 side, the incident light passes between the partition wall 14 and the nonpolar liquid 40 and is emitted to the counter electrode substrate 20 side. That is, the amount of transmitted light is adjusted by changing the area where the water repellent film 13 is covered with the nonpolar liquid 40 according to the driving voltage.

また、本実施の形態における液体光学素子では、上記したように、極性液体30が水およびアルコールの混合液であり、かつ極性液体30中の不純物イオン濃度がセル電極12と対向電極22との間の電圧保持率が90%となる濃度以下であることにより、低温環境下に曝された場合には、極性液体30が凝固しづらくなると共に、駆動電圧を印加した場合には、撥水膜13の表面に蓄積あるいは吸着される不純物イオンの量が僅かであるため、著しい電圧保持率の低下が抑制される。すなわち、この液体光学素子によれば、低温特性を確保すると共に電圧保持性を向上させることができる。   In the liquid optical element according to the present embodiment, as described above, the polar liquid 30 is a mixture of water and alcohol, and the impurity ion concentration in the polar liquid 30 is between the cell electrode 12 and the counter electrode 22. When the voltage holding ratio is 90% or less, the polar liquid 30 is difficult to solidify when exposed to a low temperature environment, and the water repellent film 13 is applied when a driving voltage is applied. Since the amount of impurity ions accumulated or adsorbed on the surface is small, a significant decrease in voltage holding ratio is suppressed. That is, according to this liquid optical element, it is possible to secure low temperature characteristics and improve voltage holding performance.

本発明の実施例について詳細に説明する。   Examples of the present invention will be described in detail.

(実施例1)
以下の手順により図1〜図3に示した液体光学素子を作製した。
Example 1
The liquid optical element shown in FIGS. 1 to 3 was produced by the following procedure.

まず、セル電極基板10を作製した。すなわち、ガラスからなる透明基板11の表面に酸化インジウム錫(ITO)膜を形成したのち、そのITO膜の上に感光性のレジスト材料を塗布し、フォトリソ法によって所定のパターンを形成した。そののち、混酸に浸すことによってITO膜をエッチングすることにより、マトリックス状のセル電極12を形成した。続いて、洗剤を用いてセル電極12が形成された透明基板11を超音波洗浄したのち、純水(不純物イオン濃度が50ppm以下)により洗剤を十分に除去した。そののち紫外線オゾン処理によりドライ洗浄した。続いて、スピンコート法により、サイトップ(旭硝子社製)からなる撥水膜13を形成した。続いて、紫外線オゾン処理法により撥水膜13の表面を処理したのち、撥水膜13の上に界面活性剤を含む感光性のブラックレジスト材料を塗布し、フォトリソ法によって所定のパターンの隔壁14を形成した。続いて、純水(不純物イオン濃度が50ppm以下)により、撥水膜13および隔壁14の表面の不純物イオンを除去した。最後に、紫外線オゾン処理法により、撥水膜13および隔壁14の表面を処理することにより、それらの表面の撥水性を調整した。   First, the cell electrode substrate 10 was produced. That is, after forming an indium tin oxide (ITO) film on the surface of the transparent substrate 11 made of glass, a photosensitive resist material was applied on the ITO film, and a predetermined pattern was formed by photolithography. After that, the ITO cell was etched by immersing it in a mixed acid to form a matrix cell electrode 12. Subsequently, the transparent substrate 11 on which the cell electrodes 12 were formed using a detergent was subjected to ultrasonic cleaning, and then the detergent was sufficiently removed with pure water (impurity ion concentration was 50 ppm or less). After that, dry cleaning was performed by ultraviolet ozone treatment. Subsequently, a water repellent film 13 made of CYTOP (Asahi Glass Co., Ltd.) was formed by spin coating. Subsequently, after the surface of the water-repellent film 13 is treated by an ultraviolet ozone treatment method, a photosensitive black resist material containing a surfactant is applied on the water-repellent film 13, and a partition 14 having a predetermined pattern is formed by a photolithography method. Formed. Subsequently, impurity ions on the surfaces of the water-repellent film 13 and the partition wall 14 were removed with pure water (impurity ion concentration was 50 ppm or less). Finally, the surface of the water repellent film 13 and the partition wall 14 was treated by an ultraviolet ozone treatment method to adjust the water repellency of those surfaces.

次に、対向電極基板20を作製した。すなわち、透明基板21の表面にITOよりなる対向電極22を形成したのち、洗剤を用いて超音波洗浄し、そののち純水(不純物イオン濃度が50ppm以下)により洗剤を十分に除去した。そののち紫外線オゾン処理によりドライ洗浄した。   Next, the counter electrode substrate 20 was produced. That is, after the counter electrode 22 made of ITO was formed on the surface of the transparent substrate 21, ultrasonic cleaning was performed using a detergent, and then the detergent was sufficiently removed with pure water (impurity ion concentration was 50 ppm or less). After that, dry cleaning was performed by ultraviolet ozone treatment.

次に、極性液体30および無極性液体40を後述する表3に示した組成となるように調整した。すなわち、純水(不純物イオン濃度が50ppm以下)と、メタノール(純度99.9%以上)とを重量比で75:25となるよう混合し、極性液体30とした。また、10μm厚の無極性液体40の透過率が10%となるようにドデカン(C1226)にズダンブラックを溶解させて無極性液体40とした。 Next, the polar liquid 30 and the nonpolar liquid 40 were adjusted to have the compositions shown in Table 3 to be described later. That is, pure water (impurity ion concentration of 50 ppm or less) and methanol (purity of 99.9% or more) were mixed at a weight ratio of 75:25 to obtain a polar liquid 30. In addition, Sudan black was dissolved in dodecane (C 12 H 26 ) so that the transmittance of the 10 μm-thick nonpolar liquid 40 was 10%, whereby the nonpolar liquid 40 was obtained.

次に、シール接着剤からなる間隙形成材をセル電極基板10の外周部に配置したのち、撥水膜13の上に無極性液体40を塗布したのち、所定の速度で極性液体30を流し入れた。   Next, after a gap forming material made of a seal adhesive is arranged on the outer periphery of the cell electrode substrate 10, the nonpolar liquid 40 is applied on the water repellent film 13, and then the polar liquid 30 is poured at a predetermined speed. .

最後に、間隙形成材を介してセル電極基板10および対向電極基板20を貼り合わせたのちに、封止剤を用いてセル電極基板10および対向電極基板20の周縁部を封止することにより、図1〜図3に示した液体光学素子が完成した。   Finally, after pasting the cell electrode substrate 10 and the counter electrode substrate 20 through the gap forming material, the peripheral portions of the cell electrode substrate 10 and the counter electrode substrate 20 are sealed using a sealant, The liquid optical element shown in FIGS. 1 to 3 was completed.

(比較例1)
純水で洗浄していないセル電極基板10および対向電極基板20と、極性液体30として純水とを用いたことを除き、実施例1と同様の手順を経た。
(Comparative Example 1)
A procedure similar to that in Example 1 was performed except that the cell electrode substrate 10 and the counter electrode substrate 20 that were not washed with pure water and pure water as the polar liquid 30 were used.

(比較例2)
極性液体30として純水を用いたことを除き、実施例1と同様の手順を経た。
(Comparative Example 2)
A procedure similar to that in Example 1 was performed except that pure water was used as the polar liquid 30.

(比較例3)
極性液体30として塩化リチウム(LiCl)水溶液(0.5mol/dm3 )を用いたことを除き、実施例1と同様の手順を経た。
(Comparative Example 3)
A procedure similar to that in Example 1 was performed except that an aqueous lithium chloride (LiCl) solution (0.5 mol / dm 3 ) was used as the polar liquid 30.

上記のように作製した実施例1および比較例1の液体光学素子について、応答時間の温度依存性を調べた。具体的には、実施例1では−40℃以上60℃以下の範囲において、また比較例1では0℃以上60℃以下の範囲において、10℃間隔で温度を変化させた雰囲気中における応答時間を以下の要領により測定することにより評価した。まず、各温度雰囲気中において、セル電極基板10を基準電位とし、20Vの正極性直流電圧を駆動電圧として印加し、光の透過率が10%から90%になるまでの応答時間(Ton)を測定した。続いて、その駆動電圧を無印加の状態に戻し、光の透過率が90%から10%になるまでの応答時間(Toff )を測定した。 For the liquid optical elements of Example 1 and Comparative Example 1 manufactured as described above, the temperature dependence of the response time was examined. Specifically, in Example 1, the response time in an atmosphere in which the temperature was changed at 10 ° C. intervals in the range of −40 ° C. to 60 ° C. and in Comparative Example 1 in the range of 0 ° C. to 60 ° C. It evaluated by measuring by the following procedures. First, in each temperature atmosphere, a response time (T on ) until the light transmittance is changed from 10% to 90% by applying the cell electrode substrate 10 as a reference potential and applying a positive DC voltage of 20 V as a driving voltage. Was measured. Subsequently, the drive voltage was returned to the non-application state, and the response time (T off ) until the light transmittance was changed from 90% to 10% was measured.

また、実施例1および比較例1〜3の液体光学素子について、電圧保持率を調べた。具体的には、駆動電圧の印加および無印加(ONおよびOFF)の繰り返しを60Hzとして、以下の要領によりセル電極12および対向電極22の間にかかる電圧をモニターし、電圧保持率を求めた。まず、約8.3m秒間の駆動電圧が印加された状態(ON状態)の中で、その20%の時間(約1.66m秒)だけセル電極基板10を基準電位として20Vの正極性直流電圧を印加し、残りの80%の時間(約6.64m秒)を開回路となるようにし、その電圧をモニターした。続いて、約8.3m秒間の駆動電圧が無印加の状態(OFF状態)の中で、その20%の時間(約1.66m秒)だけセル電極基板10を基準電位として0Vになるように直流電圧を印加し、残りの80%の時間(約6.64m秒)開回路となるようにし、その電圧をモニターした。最後に、ON状態において、初めの20%の時間に印加された電圧が開回路となっている時間もそのまま保持された場合の積分値を100%として、ON状態において開回路となっている時間に保持された電圧の積分値から、電圧保持率(%)を算出した。   Moreover, the voltage holding ratio was investigated about the liquid optical element of Example 1 and Comparative Examples 1-3. Specifically, the voltage applied between the cell electrode 12 and the counter electrode 22 was monitored in the following manner with the repetition of application and non-application (ON and OFF) of the drive voltage being 60 Hz, and the voltage holding ratio was obtained. First, in the state where the drive voltage is applied for about 8.3 msec (ON state), the positive DC voltage of 20V with the cell electrode substrate 10 as the reference potential for 20% of the time (about 1.66 msec). And the remaining 80% of the time (approximately 6.64 ms) was made open circuit, and the voltage was monitored. Subsequently, in a state where the drive voltage is not applied (OFF state) for about 8.3 msec, the cell electrode substrate 10 is set to 0 V as the reference potential for 20% of the time (about 1.66 msec). A DC voltage was applied, and the remaining 80% of the time (about 6.64 ms) was made to be an open circuit, and the voltage was monitored. Finally, in the ON state, when the voltage applied in the first 20% of time is open circuit, the integration value when the voltage is kept as it is is taken as 100%, and the time in which the voltage is open in the ON state. The voltage holding ratio (%) was calculated from the integrated value of the voltage held at.

これら実施例1および比較例1の各温度雰囲気において測定した応答時間(TONおよびTOFF)をまとめて図7に示す。また、実施例1および比較例1〜3のセル電極12および対向電極22の間にかかる電圧をモニターした結果を図8に示すと共に、その際の電圧保持率を表3に示す。 The response times (T ON and T OFF ) measured in each temperature atmosphere of Example 1 and Comparative Example 1 are collectively shown in FIG. The results of monitoring the voltage applied between the cell electrode 12 and the counter electrode 22 of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in FIG. 8, and the voltage holding ratio at that time is shown in Table 3.

Figure 0005071149
Figure 0005071149

図7に示したように、実施例1では、比較例1よりもTonおよびToffの双方が短く、特に10℃以下において実施例1と比較例1との差が顕著となった。また、実施例1では、0℃以下において温度の低下に従ってTonおよびToffの双方が長くなる傾向を示したが、低温環境下であるにもかかわらず良好であった。すなわち、この液体光学素子では、極性液体30が水とメタノールとの混合液であることにより、低温特性を確保することができることが確認された。しかも、図7と、参考データとして示した図6との結果から、極性液体30がメタノールを含むことにより、撥水膜13に対する無極性液体40の接触角が、メタノールを含まない場合よりも小さくなり、応答時間が短縮されることが確認された。 As shown in FIG. 7, in Example 1, short both T on and T off than Comparative Example 1, the difference between Example 1 and Comparative Example 1 In a particularly 10 ° C. or less was remarkable. In Example 1, both T on and T off tended to become longer as the temperature decreased at 0 ° C. or lower, but it was good despite being in a low temperature environment. That is, in this liquid optical element, it was confirmed that the low temperature characteristics can be ensured when the polar liquid 30 is a mixed liquid of water and methanol. Moreover, from the results of FIG. 7 and FIG. 6 shown as reference data, the contact angle of the nonpolar liquid 40 with respect to the water-repellent film 13 is smaller than that when methanol is not included because the polar liquid 30 contains methanol. It was confirmed that the response time was shortened.

また、図8および表3に示したように、ON状態において、実施例1では、比較例1〜3よりも開回路時の電圧が高くなり、その電圧保持率は95%であった。特に比較例1,3では、比較例2よりも電圧保持率が著しく低くなった。一方、OFF状態において、実施例1では、比較例1〜3よりも開回路時の電圧が低くなった。特に比較例1〜3では、駆動電圧が印加されていないにもかかわらず、開回路時に3V程度の電圧がかかっていた。この結果は、極性液体30中に無機イオンが含まれると、撥水膜13にその無機イオンが蓄積あるいは吸着されることにより、駆動電圧が印加されても、その電圧が保持されづらくなることを表している。すなわち、極性液体30中の不純物イオン濃度が少ないほうが、電圧保持率が高くなるものと考えられる。   Further, as shown in FIG. 8 and Table 3, in Example 1, the voltage in the open circuit was higher in Example 1 than in Comparative Examples 1 to 3, and the voltage holding ratio was 95%. In particular, in Comparative Examples 1 and 3, the voltage holding ratio was significantly lower than that in Comparative Example 2. On the other hand, in the OFF state, in Example 1, the voltage during the open circuit was lower than those in Comparative Examples 1 to 3. In Comparative Examples 1 to 3, in particular, a voltage of about 3 V was applied at the time of the open circuit although no drive voltage was applied. As a result, when the polar liquid 30 contains inorganic ions, the inorganic ions are accumulated or adsorbed on the water-repellent film 13, so that it is difficult to maintain the voltage even when a driving voltage is applied. Represents. That is, it is considered that the voltage holding ratio increases as the impurity ion concentration in the polar liquid 30 decreases.

このことから、上記した液体光学素子では、極性液体30が水およびアルコールの混合液であり、かつ極性液体30中の不純物イオン濃度がセル電極12と対向電極22との間の電圧保持率が90%となる濃度以下であることにより、低温特性が確保されると共に電圧保持性が向上することが確認された。   Therefore, in the liquid optical element described above, the polar liquid 30 is a mixture of water and alcohol, and the impurity ion concentration in the polar liquid 30 is 90% between the cell electrode 12 and the counter electrode 22. It was confirmed that the low-temperature characteristics were ensured and the voltage retention was improved when the concentration was not more than%.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明の液体光学素子を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記した実施の形態および実施例では、透過型の液体光学素子について説明したが、本発明では必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、反射型ものとしてもよい。反射型とした場合には、セル電極がアルミニウムなどの光反射性を有する電極材料により構成される。   The liquid optical element of the present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the modes described in the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the transmissive liquid optical element has been described. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and may be, for example, a reflective type. In the case of the reflection type, the cell electrode is made of an electrode material having light reflectivity such as aluminum.

また、上記した実施の形態および実施例では、使用用途として表示装置やカメラのシャッタあるいは絞りを挙げたが、本発明の液体光学素子の使用用途は、必ずしもそれらの用途に限らず、他の用途であってもよい。   Further, in the above-described embodiments and examples, a display device, a shutter of a camera, or a diaphragm is cited as a use application. However, the use application of the liquid optical element of the present invention is not necessarily limited to those uses, and other uses. It may be.

本発明の一実施の形態に係る液体光学素子の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the liquid optical element which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示した液体光学素子のセル部分を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents the cell part of the liquid optical element shown in FIG. 図2に示した液体光学素子のセル部分の平面図である。It is a top view of the cell part of the liquid optical element shown in FIG. 撥水膜に対する無極性液体の接触角を測定する方法を表す図である。It is a figure showing the method of measuring the contact angle of the nonpolar liquid with respect to a water repellent film. 参考データにおける極性液体中の水が占める割合と接触角との間の相関を表す図である。It is a figure showing the correlation between the ratio for which the water in the polar liquid accounts in reference data, and a contact angle. 参考データにおける無極性液体中の染料の濃度と接触角との間の相関を表す図である。It is a figure showing the correlation between the density | concentration of the dye in a nonpolar liquid in reference data, and a contact angle. 実施例において作製した液体光学素子における温度と応答時間との相関を表す図である。It is a figure showing the correlation of the temperature and response time in the liquid optical element produced in the Example. 実施例において作製した液体光学素子における時間に対する電圧の変化を表す図である。It is a figure showing the change of the voltage with respect to time in the liquid optical element produced in the Example. エレクトロウェッティング現象を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an electrowetting phenomenon.

符号の説明Explanation of symbols

10…セル電極基板、11,21…透明基板、12…セル電極、13,13A…撥水膜、14…隔壁、20…対向電極基板、22…対向電極、30,30A…極性液体、40,40A…無極性液体、100…容器、110…基板、120…鉤型シリンジ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Cell electrode substrate, 11, 21 ... Transparent substrate, 12 ... Cell electrode, 13, 13A ... Water-repellent film, 14 ... Partition, 20 ... Counter electrode substrate, 22 ... Counter electrode, 30, 30A ... Polar liquid, 40, 40A ... nonpolar liquid, 100 ... container, 110 ... substrate, 120 ... saddle type syringe.

Claims (6)

表面に絶縁膜が形成された第1の電極と、
前記第1の電極の前記絶縁膜の側に対向配置された第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に封入されて互いに分離した状態を保つ、透明な極性液体および不透明な無極性液体と
を備え、
前記極性液体は、水およびアルコールの混合液であり、かつ、
前記混合液中の不純物イオン濃度は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電圧保持率が90%となる濃度以下である
ことを特徴とする液体光学素子。
A first electrode having an insulating film formed on the surface;
A second electrode disposed opposite to the insulating film side of the first electrode;
A transparent polar liquid and an opaque nonpolar liquid enclosed between the first electrode and the second electrode and kept separated from each other;
The polar liquid is a mixture of water and alcohol, and
The liquid optical element, wherein the impurity ion concentration in the mixed solution is equal to or less than a concentration at which a voltage holding ratio between the first electrode and the second electrode is 90%.
前記絶縁膜が形成された状態の第1の電極および第2の電極は、不純物イオン濃度が50ppm以下の純水によって洗浄されたものであり、
前記極性液体は、不純物イオン濃度が50ppm以下の純水と純度99.5%以上のアルコールとを混合したものである
ことを特徴とする請求項1記載の液体光学素子。
The first electrode and the second electrode in a state where the insulating film is formed are washed with pure water having an impurity ion concentration of 50 ppm or less,
The liquid optical element according to claim 1, wherein the polar liquid is a mixture of pure water having an impurity ion concentration of 50 ppm or less and alcohol having a purity of 99.5% or more.
前記アルコールは、エタノールを含む
ことを特徴とする請求項1記載の液体光学素子。
The liquid optical element according to claim 1, wherein the alcohol includes ethanol.
前記アルコールは、エタノールとメタノールとを混合したものである
ことを特徴とする請求項1記載の液体光学素子。
The liquid optical element according to claim 1, wherein the alcohol is a mixture of ethanol and methanol.
前記極性液体中のアルコールの占める割合は、10重量%以上60重量%以下である
ことを特徴とする請求項1記載の液体光学素子。
2. The liquid optical element according to claim 1, wherein the proportion of the alcohol in the polar liquid is 10% by weight or more and 60% by weight or less.
前記絶縁膜は、無電界下において前記極性液体よりも前記無極性液体との親和性が高いものである
ことを特徴とする請求項1記載の液体光学素子。
The liquid optical element according to claim 1, wherein the insulating film has a higher affinity with the nonpolar liquid than the polar liquid under no electric field.
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