TW201239905A - Hydrophobic dielectric film for electrowetting - Google Patents

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TW201239905A TW101104371A TW101104371A TW201239905A TW 201239905 A TW201239905 A TW 201239905A TW 101104371 A TW101104371 A TW 101104371A TW 101104371 A TW101104371 A TW 101104371A TW 201239905 A TW201239905 A TW 201239905A
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electrowetting
hydrophobic
film
electrode
dielectric film
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TW101104371A
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Tetsuhiro Kodani
Kouji Yokotani
Nobuyuki Komatsu
Mei-Ten Kou
Takashi Kanemura
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Daikin Ind Ltd
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Description

201239905 六、發明說明： • 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電濕潤用疏水性介電體薄膜。 【先前技術】 所謂電濕潤（electro wetting )意指使用電場，使疏 水性介電體薄膜表面之潤濕性（wettability )在疏水性（ 撥水性）到親水性之間變化。藉由該電潤濕，可驅動配置 於前述表面上之導電性液體。該機構就可於無機械可作動 部驅動導電性液體方面，對於裝置之小型化及長壽命化有 利。據此，已提案將電濕潤裝置應用在尤其是任意變化顯 示器裝置中之光學元件、焦距之液體透鏡，以及檢查機器 中之少量液體之輸送等之各種用途。 然而，該導電性液體之驅動需要高的電壓，其結果， 會有裝置之消耗電力變高之問題。此會妨礙電濕潤裝置之 實用化。 不過，疏水性介電體薄膜之表面潤濕性係由接觸角表 示。 施加電壓V時之導電性液體與疏水性介電體薄膜間 之接觸角θν已知以下述式（1)表示。 [數1] cos6v = cos^0 +—-V2 ( 1) 此處，式中之符號意義如下° -5- 201239905 θν:施加電壓V時之導電性液體與疏水性介點體薄膜 間之接觸角 θ〇:未施加電壓時之導電性液體與疏水性介電體薄膜 間之接觸角 :導電性液體之表面張力 ε:疏水性介電體薄膜之比介電率 ε〇:真空中之介電率 1 :介電體膜之膜厚 V :施加電壓 如前述，導電性液體之驅動由於係基於疏水性介電體 薄膜之潤濕性變化，故如由該式所理解，爲了降低導電性 液體之驅動所需之電壓，必須減小介電體膜之膜厚，或者 加大介電率。 然而，減小膜厚容易產生針孔，因此有容易引起絕緣 破壞之問題。 又，過去有使用由氟材料構成之疏水性薄膜作爲疏水 性薄膜之例，但該疏水性薄膜之比介電率低（5以下）^ 爲解決該問題’例如於專利文獻1提案藉由僅使成爲 電極之金屬表面陽極氧化成爲介電體膜，而抑制針孔之產 生，使介電體膜之薄膜化成爲可能，其結果，降低驅動電 壓。 [先前技術文獻] [專利文獻] -6- 201239905 [專利文獻1]特開2008- 1 07826號公報 【發明內容】 [發明欲解決之課題] 因此’要求提供可在低電壓下驅動導電性液體之技術 [用以解決課題之手段] 本發明人等發現藉由含有下列成分之電潤濕用疏水性 介電體薄膜，可解決前述課題，因而完成本發明： 偏一氟乙嫌系聚合物（A)，及 高介電性無機粒子（B )。 亦即，本發明提供下述項中所記載之樣態等。 [項1] 一種電濕潤用疏水性介電體薄膜，其含有偏二氟乙烯 系聚合物* [項2] 如前述項1所記載之電濕潤用疏水性介電體薄膜，其 中偏二氟乙烯系聚合物爲偏二氟乙烯/四氟乙烯系共聚物 [項3] 如前述項1或2所記載之電濕潤用疏水性介電體薄膜 其進而含有高介電性無機粒子。 [項4] 201239905 如前述項1 ~3中任一項所記載之電濕潤用疏水性介電 體薄膜，其中高介電性無機粒子爲由以（Ba)式表示之金 屬氧化物及以（Bb )式表示之金屬氧化物所組成群組選出 之一種以上之金屬氧化物之粒子： (Ba)式：
Ma n aMb n b〇n c (式中
Ma爲週期表第2族金屬元素；
Mb爲週期表第4族金屬元素； na 爲 0·9~1·1 ; nb爲0.9〜1 · 1 ;且 nc 爲 2.8-3.2 )， (Bb )式：
Ma n aMb ' n b· Onc (式中
Ma爲週期表第2族金屬元素；
Mb’爲週期表第5週期金屬元素； na 爲 0.9~1·1 : nb’爲 0.9〜1 · 1 ;且 nc 爲 2.8~3.2)。 [項5] 如前述項4之電濕潤用疏水性介電體薄膜，其中金屬 氧化物爲鈦酸鋇》 [項6] -8 - 201239905 如目U述項3〜5中任一項所記載之電濕潤用疏水性介電 體薄膜，其相對於偏二氟乙烯系聚合物100質量份含有 10〜100質量份之高介電性無機粒子。 [項7] 一種電濕潤裝置，其具有 第一電極， 第二電極， 可移動地配置在前述第一電極與前述第二電極之間之 導電性液體，及 配置在前述第一電極與前述導電性液體之間以使前述 第一電極與前述第二電極絕緣之如前述項1〜6中任一項所 記載之電濕潤用疏水性介電體薄膜。 [發明效果] 本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜可藉低電壓驅動 導電性液體。 本發明之電潤濕裝置由於可藉低電壓驅動其所具有之 導電性液體，故電力消耗低。 【實施方式】 1.電潤濕用疏水性介電體薄膜 本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜含有偏二氟乙烯 系聚合物。 5 -9 - 201239905 1.1.偏—氣乙嫌系聚合物 偏二氟乙烯系聚合物（vdF係聚合物）之例列舉爲（ 1) VdF之均聚物（pVdF)，及（2) VdF與可與該VdF 共聚合之其他單體之一種或兩種以上之共聚物。 可與VdF共聚合之其他單體之例列舉如下： 四氟乙烯（TFE)、氯三氟乙烯（CTFE)、三氟乙烯 (TrFE)、單氟乙烯、六氟丙烯（HFP)、及全氟（烷基 乙烯基醚）（PAVE)等之含氟烯烴類； 含氟丙烯酸酯；及 具有官能基之含氟單體。 其中’就溶劑溶解性良好之觀點而言，較佳之例列舉 爲 TFE、CTFE、TrFE 及 HFP。 又’本說明書中，所謂「全氟」意指烴化合物（或烴 基）中之所有氫（或者除一個氫以外之所有氫）經氟取代 〇
VdF系聚合物中之VdF共聚合比例，就比介電率高 、及溶劑溶解性高之觀點而言，較好爲50莫耳％以上， 更好爲60莫耳％以上，又更好爲7〇莫耳％以上。 至於VdF系聚合物之具體例列舉爲例如.PVdF、 VdF/TFE系共聚物、VdF/TFE/HFP系共聚物、VdF/HFP系 共聚物、VdF/TrFE系共聚物及VdF/CTFE系共聚物，其 中，就比介電率高及溶劑溶解性良好之觀點而言，較佳之 例列舉爲PVdF ' VdF/TFE系共聚物、VdF/TrFE系共聚物 、及VdF/HFP系共聚物，更佳之例列舉爲pvdF、 -10- 201239905
VdF/TrFE系共聚物及vdF/TFE系共聚物，最佳之例列舉 爲VdF/TFE系共聚物。vdF/TFE共聚物由於比介電率特 別高’故使用由其構成之電潤濕用疏水性介電體薄膜可使 消耗電力特別低。
VdF系聚合物爲VdF/TFE系共聚物時，就耐電壓高 之觀點而言’較好 VdF單位含量爲60~95莫耳％，且 TFE單位含量爲5〜4 0莫耳％，更好VdF單位爲65〜90莫 耳％ ’且TFE單位爲1〇〜35莫耳％。
VdF系聚合物之比介電率（251，1 kHz )之下限，就 耐電壓、絕緣性及比介電率高之觀點，以及成爲薄膜時之 比介電率高之觀點而言，較好爲3，更好爲5，又更好爲 8，最好爲9以上。其上限並無特別限制，但通常爲12， 較好爲1 1。
VdF系聚合物（A)可單獨使用一種，亦可組合兩種 以上使用。 本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜中所含之氟聚合 物（A) $含量較好爲50w/w%以上。 1.2.高介電性無機粒子（b ) 高介電性無機粒子（B )較好爲例如由下述之（B a ) 之金屬氧化物及（Bb )之金屬氧化物所組成群組選出之至 少一種金屬氧化物之粒子。 以（B a )式：
Ma „ aMb n bOn c -11 - 201239905 (式中
Ma爲週期表第2族金屬元素：
Mb爲週期表第4族金屬元素； na 爲 0.9〜1.1 ; nb爲0.9〜1.1 ;且 nc爲2.8〜3.2)表示之金屬氧化物（以 屬氧化物（Ba))。 金屬氧化物（Ba)中之週期表2族金屬 佳例列舉爲鈹（Be)、鎂（Mg)、鈣（Ca 及鋇（Ba)。週期表4族金屬元素Mb之較 (Ti)及鍩（Zr)。以式（Ba)表示之金屬 中，Ma及Mb可分別爲一種元素，亦可爲兩 金屬氧化物（Ba )之具體例列舉爲鈦酸 鈦酸鈣、鉻酸鈣、鈦酸緦及錐酸緦，其中， 〇 以（B b )式：
Ma n aMb „ b. On t (式中
Ma爲週期表第2族金屬元素；
Mb’爲週期表第5週期金屬元素； na 爲 0.9〜1·1 ; nb’爲 〇.9~1.1 ;且 nc爲2.8〜3.2)表示之金屬氧化物（以 下有時稱爲金 元素Ma之較 )、緦（Sr ) 佳例列舉爲鈦 氧化物之粒子 種以上之元素 鋇、銷酸鋇、 以鈦酸鋇最佳 下有時稱爲金 -12- 201239905 屬氧化物（Bb ))。 金屬氧化物（Bb)中之週期表2族金屬元_ 佳例列舉爲鈹（Be )、鎂（Mg )、鈣（Ca )、 及鋇（Ba)。週期表5族金屬元素Mb’之較佳例 (Sn )、銻（Sb )、鉻（Zr )及銦（in )。以式 示之金屬氧化物之粒子中，Ma& Mb’可分別爲一 亦可爲兩種以上之元素。 金屬氧化物（Bb )之具體例列舉爲錫酸鎂、 錫酸緦、錫酸鋇、銻酸鎂、銻酸鈣、銻酸緦、銻 酸鎂、鉻酸鈣、鉻酸緦、鉻酸鋇、銦酸鎂、銦酸 緦及銦酸鋇。 其中，就比介電率高之觀點而言，較佳之例 酸鋇、鈦酸锆酸鋇鈣及鈦酸緦，更好爲鈦酸鋇。 高介電性無機粒子（B)可單獨使用一種， 兩種以上使用。 又，與該種金屬氧化物之粒子之組合中，亦 酸鉻酸鉛、鈦酸鋅及鈦酸鉛等其他金屬氧化物（ 述者以外之氧化鈦之複合氧化物）之粒子。 高介電性無機粒子（B )之質量平均一次粒 ，就薄膜之均勻分散性優異之觀點而言，較好爲 更好爲lOOnm。另一方面，該質量平均粒徑太小 無法獲得高比介電率之情況，故質量平均粒徑之 爲10nm，更好爲20nm，又更好爲50nm。 高介電性無機粒子（B)之比介電率（25。〇 € Ma之較 緦（Sr) 列舉爲錫 (Bb )表 種元素， 錫酸鈣、 酸鋇、锆 鈣、銦酸 列舉爲鈦 亦可組合 可使用鈦 尤其是前 徑之上限 5 0 Onm， 時，會有 下限較好 ，1 kHz) -13- 201239905 之下限較好爲100’更好爲300。其上限並無 但通常爲3000左右。 本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜中， 機粒子（B )之含量之下限，相對於VdF系男 100質量份，較好爲1〇質量份，更好爲50質 好爲150質量份。該量太少時，薄膜之比介電 傾向。另一方面，該含量之上限較好爲300質 爲250質量份，又更好爲100質量份。該量太 有變脆之傾向。 1 . 3 ·其他成分 本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜亦可 親和性增進劑等之其他成分。 親和性增進劑可提高高介電性無機粒子與 系聚合物間之親和性，使高介電性無機粒子均 二氟乙烯系聚合物中，使高介電性無機粒子與 系聚合物於薄膜中牢固地鍵結，抑制孔洞之產 比介電率。 至於親和性增進劑於偶合劑、界面活性劑 基之化合物爲有效》 作爲親和性增進劑之「偶合劑」之例列舉 合物、有機矽烷化合物、有機鉻化合物、有機 有機磷化合物。 有機鈦化合物列舉爲烷氧化鈦、鈦螯合劑 特別限制， 高介電性無 :合物（A) 量份，又更 率有變低之 量份，更好 多時，薄膜 視需要含有 偏二氟乙烯 一分散於偏 偏二氟乙烯 生，及提高 、或含環氧 爲有機鈦化 鋁化合物及 、及鈦醯化 14- 201239905 物等偶合劑，其中，就與高介電性無機粒子（B )之親和 性良好之觀點而言，較佳之例列舉爲烷氧化鈦及鈦螯合劑 〇 其具體例列舉爲鈦酸四異丙酯、四異丙氧基辛二醇欽 、二異丙氧基.雙（乙醯基丙酮酸）鈦、二異丙氧基鈦二 異硬脂酸鹽、四異丙基雙（二辛基磷酸酯）鈦酸鹽、及異 丙基三（N_胺基乙基-胺基乙基）鈦酸酯、四（2,2_二烯 丙氧基甲基-1-丁基）雙（二-十三烷基）磷酸酯鈦酸鹽。 有機矽烷化合物可爲高分子型，亦可爲低分子型，其 例列舉爲單烷氧基矽烷、二烷氧基矽烷、三烷氧基矽烷及 四院氧基砂院等之院氧基砂院。又，亦可適當地使用乙烧 基矽烷、環氧基矽烷、胺基矽烷、甲基丙烯醯氧基矽烷及 巯基矽烷等》 使用烷氧基矽烷時，可藉由水解而實現表面處理效果 之體積電阻率之進一步提高（電絕緣性之提高）。 有機锆化合物之例列舉爲烷氧化鉻及锆螯合劑。 有機鋁化合物之例列舉爲烷氧基鋁及鋁螯合劑。 有機磷化合物之例列舉爲亞磷酸酯、磷酸酯及磷酸螯 合劑。 作爲親和性增進劑之「界面活性劑」可爲高分子型， 亦可爲低分子型，其例列舉爲非離子性界面活性劑、陰離 子性界面活性劑及陽離子性界面活性劑。其中，就熱安定 性良好之觀點而言，較好爲高分子型界面活性劑。 非離子性界面活性劑之例列舉爲聚醚衍生物、聚乙烯 • 15 - 201239905 基吡咯烷酮衍生物及醇衍生物。其中，就與高介電性無機 粒子（B)之親合性良好之觀點而言，較好爲聚醚衍生物 〇 陰離子性界面活性劑之例列舉爲含有磺酸及碳酸、及 該等之鹽之聚合物等。其中就與VdF系聚合物（a )之親 和性良奸之觀點而言，較佳之例列舉爲丙稀酸衍生物系聚 合物、甲基丙烯酸衍生物系聚合物。 至於陽離子性界面活性劑之例列舉爲胺系化合物及咪 唑啉等具有含氮雜環之化合物及其鹵化鹽。 作爲親和性增進劑之「含環氧基之化合物」可爲低分 子量化合物’亦可爲高分子量化合物，其例列舉爲環氧化 合物及縮水甘油基化合物。其中，就與VdF系聚合物（A )之親和性特別良好之觀點而言，較好爲具有一個環氧基 之低分子量化合物。 含環氧基之化合物之較佳例，尤其就與VdF系聚合 物（A )之親和性優異之觀點而言，列舉爲以下式表示之 化合物： 【化1】 0
(式中， R表示 a )氫原子， -16- 201239905 (b )甲基， (c)氧原子或可介隔氮原子之碳數2〜10 之烴基，或 (2 ) 可經取代之芳香環基； 1表示〇或1 ; m表示0或1 ;及 η表示0~10之整數）。 至於其具體例列舉爲如下述等之具有酮基或酯基之化 合物： 【化2】 Ο \/ Ο
CH2= CH ——C-Ο-CH2—CH — CH ο ch3—ch2 Ο-CH2—CH ——CH2 \/o o \/ o CH2 二 CH ——C-CH2—CH ——CH2 \/ o CH3—— ch2— c-CH2— CH — ch2 親和性增進劑可以不損及本發明效果之範圍內之量使 -17- 3 201239905 用’具體而言，就均勻分散及所得薄膜之比介電率高之觀 點而言’其量相對於高介電性無機粒子（B) 100質量份 ’較好爲0.01〜30質量份，更好爲〇.1〜25質量份，又更 好爲1〜20質量份。 再者’本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜在不損及 本發明效果之範圍內，亦可含有其他添加劑。 本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜之膜厚之上限， 就降低導電性液體驅動所需電壓之觀點而言，較好爲1 5 Vm’更好爲10/zm，又更好爲5μπι，最好爲2/zm。本 發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜以較薄較佳，但爲維持 機械強度，通常，其膜厚之下限約爲10nm。 本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜之比介電率（測 定條件：30°C，100Hz〜10kHz)較好爲9以上，更好爲15 以上，又更好爲20以上。 本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜可爲自支撐薄膜 (self-supporting film)，亦可爲塗覆膜（coated film) (製造方法） 本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜可以如熔融擠出 法或澆鑄法之習知薄膜形成方法製造。 就簡便及所得薄膜之均質性優異之觀點而言，以採用 澆鑄法較有利。 至於利用澆鑄法進行之製造方法列舉爲例如包含下述 -18- 201239905 之方法： (1 )將前述說明之VdF系聚合物（A)、高介電性 無機粒子（B)、及視需要之其他成分（C)溶解或分散 於溶劑中，調製液狀組成物， (2 )將該液狀組成物塗佈於基材上，並經乾燥形成 薄膜，以及 (3 )視需要自前述基材剝離薄膜。 至於溶劑可使用可溶解或均一分散VdF系聚合物（A )之任意溶劑，但最好爲極性有機溶劑。極性有機溶劑之 較佳例列舉爲酮系溶劑、酯系溶劑、碳酸酯系溶劑、環狀 醚系溶劑及醯胺系溶劑，其較佳具體例列舉爲甲基乙基酮 、甲基異丁基酮（MIBK)、丙酮、二乙基酮、二丙基酮 、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乳酸乙酯 、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲酯乙酯 、四氫呋喃、甲基四氫呋喃、二噁烷、二甲基甲醯胺（ DMF )及二甲基乙醯胺。 將液狀組成物塗佈於基材上之方法可使用例如刮刀塗 佈法、澆鑄塗佈法、輥塗布法、凹版塗佈法、刮板塗佈法 、桿塗佈法、或空氣刀塗佈法等，但其中，就操作性容易 之觀點、膜厚之偏差少之觀點、生產性優異之觀點而言， 以輥塗佈法、凹版塗佈法或澆鑄塗佈法較佳。 該用該等塗佈法時，可獲得極薄膜厚之電潤濕用疏水 性介電體薄膜。 本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜藉由對其表面施
S 19- 201239905 加電荷，使其表面潤濕性產生變化，而驅動與 之導電性液體。又，本發明之電潤濕用疏水性 藉由對其表面施加電荷’使電荷累積於該表面 該電荷之庫倫靜電力，驅動近距離的液體。 至於導電性液體之例並不限於此，列舉爲 電解質（例如，氯化鉀、氯化鈉）之水溶液。 通常爲極性液體。 所謂「驅動導電性液體」包含使導電性液 導電性液體變形。 本發明之電潤濕用疏冰性介電體薄膜具有 比介電率，藉此可藉低電壓驅動導電性液體， 光學元件、顯示裝置（顯示器）、可變焦透鏡 置、光讀取裝置、光記錄再生裝置'顯像裝置 裝置、分析機器（例如’有必要移動試料分析 電性液體之化學、生化及生物學之分析機器） 濕裝置中。 又’本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜 撓性，故可使用於該等之各種用途中。 爲了在如前述之電潤濕裝置中使用本發明 疏水性介電體薄膜，亦可爲例如由下列所成之 基板， 於目I』述基板之至少一部分上形成之電極， 以被覆前述電極之方式配置於前述基板上 其表面接觸 介電體薄膜 上，故藉由 水、及含有 導電性液體 體移動及使 如前述之高 故可使用於 、光調變裝 、液滴操作 用之微小導 等中之電潤 由於具有可 之電潤濕用 層合體構成 之無機高介 -20- 201239905 電體層，及 配置於前述無機高介電體層上之本發明之電潤濕用疏 水性介電體薄膜。 前述電極形成於前述基板之一主面整體上時，該電極 係介隔在前述基材及前述無機高介電體層之間。 基板可藉由例如玻璃或如透明樹脂之光透過性之絕緣 材料構成，但只要是可於其上形成電極者即無特別限制》 透明樹脂之例列舉爲聚對苯二甲酸乙二酯（PET )樹脂、 聚碳酸酯（PC)樹脂、聚醯亞胺（PI)樹脂、聚甲基丙烯 酸甲酯（PMMA)及聚苯乙烯樹脂等。 基板厚度並無特別限制，例如爲1 μ m〜1 0 0 m m。 電極可由例如氧化銦（Ιη203 )、氧化錫（Sn02 )、 或Ιη203與Sn02之混合物的氧化銦錫（ITO:氧化銦錫） 等之透明導電材料等所構成。且，電極可爲摻雜錫（Sn) 、銻（Sb)或氟（F)等之In2〇3膜、Sn02膜或ITO膜。 又，電極亦可由例如氧化鎂（MgO )或氧化鋅（ZnO )等構成。且’電極可爲慘雜銘（A1)之ZnO膜的AZO 膜，摻雜鎵（Ga)之ZnO膜的GZO膜，或摻雜銦之ZnO 膜。 再者且，電極可爲例如由噻吩系導電性聚合物、聚苯 胺及聚吡咯等之導電性聚合物選擇之透明有機導電材料； 或可由鋁、銅、鉻、鎳、鋅、不鏽鋼、金、銀、鈾、鉬、 鈦 '鈮、鉬等金屬材料所構成。 無機高介電體層較好絕緣性高且介電率亦高。例如， 5 -21 - 201239905 無機高介電體層之絕緣性及介電率較好分別與本發明之電 潤濕用疏水性介電體薄膜相同之程度。該無機高介電體層 之存在可提高層合體之電絕緣性及耐電壓性。 無機高介電體層係由例如含有矽之無機絕緣塗佈材構 成。該種無機絕緣塗佈材之例可使用市售之無機塗佈材（ 例如，AT-201 (商品名），日產化學工業）。 無機高介電體層之體積電阻率，基於獲得高電絕緣性 與高耐電壓之目的，較好爲1013Ω . cm以上，更好爲 1014Ω . cm以上，又更好爲ΐ〇15Ω . cm以上。 無機高介電體層厚度之下限，就獲得良好之絕緣性及 耐電壓之提高之方面而言，較好爲0.5// m，更好爲lgm ’又更好爲2 // m。其上限就維持高介電性之方面而言， 較好爲5/zm，更好爲3//m。 此種層合體可藉例如下述方法製造。 以濺鏟法或蒸鍍法在如前述之基板上形成電極。接著 ’以覆蓋該電極之方式，以旋轉塗佈法等將如前述之無機 絕緣塗佈材塗佈於前述基板之主面上，接著經燒成，形成 無機高介電體層。接著，藉由例如前述電潤濕用疏水性介 電體薄膜之製造方法中說明之澆鑄法，在該無機高介電體 層上形成本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜，獲得層合 體。 2.電潤濕裝置 本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜可較好地使用作 -22- 201239905 爲電潤濕裝置用薄膜。 本發明之電潤濕裝置具有： 第一電極’ 第二電極， 可移動配置在前述第一電極與前述第二電極之間之導 電性液體，及 配置在前述第一電極與前述導電性液體之間，以使前 述第一電極與前述第二電極絕緣之方式配置之電潤濕裝置 用薄膜。 本發明之電潤濕裝置中，將特定電壓施加於第一電極 與第二電極之間時，對電潤濕裝置用薄膜表面施加電場。 藉此，如於前述針對本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜 說明般驅動導電性液體。 導電性液體爲具有極性之液體材料，其例列舉爲水、 及含有電解質（例如，氯化鉀、氯化鈉）之水性溶液。 導電性液體較好爲與於前述針對本發明之電潤濕用疏 水性介電體薄膜說明者相同，及爲低黏度。 第一電極及第二電極可分別爲與針對前述層合體說明 之電極相同者。 本發明之電濕潤裝置可較好地應用於例如光學元件、 顯示裝置（顯示器）、可變焦透鏡、光調變裝置、光讀取 裝置、光記錄再生裝置、顯像裝置、液滴操作裝置、閃光 燈裝置、分析機器（例如，有必要移動試料分析用之微小 導電性液體之化學、生化及生物學之分析機器）等中。 -23- 201239905 .以下’參照圖式說明本發明之電潤濕裝置之一實施形 態之光學元件，但本發明並不限於該等。爲優先易於理解 ’該等圖式並未正確表示各尺寸比。且，以下說明之構成 要件並非是本發明必要之構成要件。又，以下圖中，只要 沒有特別記載，相同符號者表示相同意義。 圖1係表示用以說明本發明之電潤濕裝置之一實施形 態之光學元件100之構成之剖面圖。圖1之光學元件1〇〇 中’雖見到兩個胞區域z，但光學元件在圖1之左右方向 及前後方向亦可分別具有任意數之胞區域z，例如胞區域 z之數可爲1個。 光學元件100具有第一基板101、第一電極102、電 潤濕用疏水性介電體薄膜1 0 3、隔離壁1 04、疏水性液體 105、導電性液體106、第二電極107、第二基板108及側 壁109。另一方面，控制部200具有開關201及電源202 〇 第一基板101及第二基板108係以由側壁109支撐成 對向之方式配置。 第一基板101及第二基板108係由針對前述層合體之 基板說明之材料構成。 第一基板101在每個胞區域z中設置驅動元件ill、 及傳達自用以個別驅動該驅動元件1 1 1 (例如，薄膜電晶 體）用之控制部200發出之訊號之訊號線（未圖示，例如 電線）。 第一電極102係以可對每一胞區域z施加電壓之方式 •24- 201239905 ’分割成複數個、相互絕緣，且該各電極係對應於各胞區 域Z而配置。第一電極102電極係分別連接於各驅動元件 111° 第一電極102及第二電極107係由前述材料構成。 電潤濕用疏水性介電體薄膜1 03爲於前述說明之本發 明之電潤濕用疏水性介電體薄膜。 隔離壁104爲區隔成爲光透過之單位區域之胞區域z 之隔板構件，且縱向配置於電潤濕用疏水性介電體薄膜 103 上。 構成隔離壁104之材料須爲不溶解於疏水性液體105 中亦不溶解於導電性液體1 06中，且不反應。該種材料列 舉爲例如丙烯酸樹脂及如環氧樹脂之高分子材料。 隔離壁1 04之表面亦可經親水化處理以顯示對於導電 性液體1 06之親和性。親水化處理可藉紫外線照射、氧電 漿照射、雷射照射等習知方法進行。 以隔離壁1 04區隔之胞區域z內保持疏水性液體1 05 。亦即，利用隔離壁1 04防止疏水性液體1 05移動（流出 )到鄰接之其他胞區域z中。各胞區域z中之疏水性液體 1 〇 5之量較好爲在未對電潤濕用疏水性介電體薄膜1 0 3表 面施加電場時，可完全覆蓋各胞區域z中之電潤濕用疏水 性介電體薄膜103表面之充分量。 疏水性液體1 05含有疏水性有機溶劑作爲介質。疏水 性有機溶劑之例列舉爲己烷、辛烷、癸烷、十二烷、十六 烷、十一烷、苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯、丁基苯' -25- 201239905 1，1- _本基乙燦等碳數6〜35之煙；及砂油。 該等疏水性有機溶劑可單獨使用或組合使用 疏水性液體105含有吸收特定波長之光（例 )之顏料或染料。顏料或染料係分散或溶解於前 顏料之例可列舉爲氧化鈦、氧化鐵、碳黑、 (例如’偶氮色澱）、及多環式顏料（例如，酞 茈顏料、紫環酮（perinone)顏料、恵醌顏料、 顏料、異卩引噪嗣顏料、唾駄嗣（quinophthalone 。顏料較好對疏水性液體1 0 5具有高分散性。 染料列舉爲Oil Blue-N ( Aldrich公司）。 對疏水性液體1 05具有高溶解性。 疏水性液體1 〇 5較好爲低黏度，且不與導 106混合。 又，疏水性液體1 05通常爲非極性液體。且 液體1 05通常爲非導電性液體。 導電性液體1 06係保持在電潤濕用疏水性介 103與第二電極107之間。疏水性液體105與導 1 06經分離形成兩層。較好，電潤濕用疏水性介 103與第二電極107之間之空間充滿疏水性液體 電性液體106。該情況下’疏水性液體105亦爲 故導電性液體106爲可移動。 導電性液體106爲具有極性之透明液體材料 例列舉爲水、及含有電解質（例如，氯化鉀、氯 如可見光 述介質中 偶氮顏料 菁顔料、 喹吖啶酮 )顏料） 染料較好 電性液體 ，疏水性 電體薄膜 電性液體 電體薄膜 1 05與導 流動體， ’至於其 化鈉）之 -26- 201239905 水性溶液。 導電性液體1 06較好爲低黏度，且不與疏水性液體 105混合。 側壁109爲與第一基板ιοί及第二基板1〇8 —起密封 疏水性液體1 05及導電性液體1 06之薄片構件。構成側壁 1 09之材料之例列舉爲聚矽氧。 控制部200係對光學元件1 〇〇進行驅動控制。 控制部200具備開關201與電源202。 開關20 1之一方之端子係藉由導線與第二電極107連 接，另一端子係藉由導線，透過電源202及驅動元件1 1 1 與第一電極102連接》 開關201可選擇兩端子間電連接之導通狀態及兩端子 間電切斷之斷開狀態之兩種狀態。 至於電源202爲可改變電壓之大小，且較好使用可固 定之電源* 據此，控制部200可藉由開關201之操作與電源202 之電壓控制，對第一電極102與第二電極107之間施加特 定電壓。可施加特定電壓之胞區域z之選擇係藉由選擇利 用閘極驅動器（未圖示）之驅動元件111而實施。 接著，參照圖2，針對如上述構成之光學元件1 00之 動作加以說明。圖2爲放大表示一個光學元件100中之胞 區域z者。 於控制部200中之開關201處於斷開狀態，在第一電 極1 02與第二電極1 07之間未施加電壓之情況，如圖2 ( -27- 201239905 A)所示，使以顏料或染料著色之疏水性液體105擴展並 覆蓋各胞區域z之全體。如此，例如疏水性液體1〇5吸收 可見光之全部波長時，自圖2(A)之第一基板101側入 射於某胞區域z之入射光Lin被疏水性液體105遮斷，不 通過胞區域z。另一方面，於控制部200中之開關201成 導通狀態，對第一電極1 02與第二電極1 07之間施加電壓 之狀態，如圖2(B)所示，導電性液體106於胞區域z 之一部份區域（區域b)與電潤濕用疏水性介電體薄膜 103接觸，另一方面，疏水性液體105聚集在各胞區域z 之其他區域（區域a)上。因此，由第一基板101側，入 射至某胞區域z之入射光Lin中·，入射於區域a之光L;n-a 被疏水性液體1〇5遮斷，但入射至區域b之剩餘光Lin-b 通過該區域，以透過光Lout射出。 圖3爲顯示具備本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜 之層合體之一具體例。 層合體150係由下列構成： 形成於第一基板101之至少一部份上之第一電極102 ， 以覆蓋前述第一電極1〇2之方式配置於前述第一基板 101上之無機高介電體層112，及 配置於前述無機高介電體層112上之電潤濕用疏水性 介電體薄膜103。 無機高介電體層112係由前述材料構成。 第一基板1 0 1 '第一電極1 02及電潤濕用疏水性介電 -28- 201239905 體薄膜1 03分別與圖1中之該等相同β 該種層合體150可用於代替例如圖1中所示之光學元 件100中由第一基板101、第一電極1〇2及電潤濕用疏水 性介電體薄膜1 03所成之部分。 [實施例] 以下以實施例更詳細說明本發明，但本發明並不限於 此。 又’本說明書中使用之特性値係以下述方法測定者。 (膜厚） 使用數位測量機（Nikon製造之MF-1001)，測定薄 膜之厚度。 (介電損耗及比介電率） 在真空中將鋁蒸鍍於薄膜兩面成爲樣品。以LCR計 (ZM23 53，NF電路設計公司），在乾燥空氣氛圍下，於 3 0°(：、頻率100112〜101<:112下測定該樣品之靜電電容及介電 損耗。由膜厚及靜電電容算出比介電率。 實施例1 於1L之聚乙烯製容器中加入甲基乙基酮（MEK )( Kishida化學）440質量份與60質量份之VdF/TFE共聚物 (VdF/TFE= 67/3 3 ) (Daikin工業），以旋轉攪拌機攪拌 -29- 201239905 ，獲得12w/w%濃度之氟樹脂溶液。 使用微凹版塗佈器，將該氟樹脂溶液君 處理之38em厚之非多孔質聚酯薄膜的調 二酯（PET)薄膜上，藉由通過乾燥爐，獲 上形成氟樹脂薄膜之層合薄膜。接著，自 ，因而獲得膜厚4.5/zm之薄膜。 實施例2 於1L之聚乙烯製容器中加入甲基乙塞 Kishida化學）480質量份與120質量份之 物（VdF/TFE= 67/33 ) (Daikin 工業），公 拌，獲得20w/w%濃度之氟樹脂溶液。所 共聚物之比介電率爲9.8(25°C，lkHz)。 將鈦酸鋇（中値徑：20nm，BTO-020， 質量份、甲基乙基酮（MEK) 333質量份稼 溶液（濃度20w/w% ) 500質量份中。該？| 磨機（LMZ015，Ashizawa Finetech 公司） 進行分散處理30分鐘，獲得塗佈用組成物 使用微凹版塗佈器，將該塗佈組成物湧 處理之38/zm厚之非多孔質聚酯薄膜的聚 二酯（PET)薄膜上，通過乾燥爐，因而獲 上形成VdF系樹脂薄膜之層合薄膜。接著 剝離，獲得膜厚6.0/z m之高介電性薄膜。 !鑄於施以脫模 :對苯二甲酸乙 得於PET薄膜 PET薄膜剝離 g 酮（MEK)( VdF/TFE 共聚 又旋轉攪拌機攪 用之 VdF/TFE 戶田工業）30 ^加於該氟樹脂 邑合物以珠粒硏 ’轉數 1 0 m / s 〇 i鑄於施以脫模 丨對苯二甲酸乙 得於PET薄膜 ，自PET薄膜 -30- 201239905 實施例3 除使實施例2中之鈦酸鋇之量成爲60質量份以外， 餘同樣地作成塗佈組成物，並經澆鑄獲得膜厚9 · 1 // m之 高介電性薄膜。 實施例4 除使實施例1中之VdF/TFE共聚物之組成比成爲（ VdF/ TFE = 80/20 )以外，餘同樣地作成塗佈組成物，並經 澆鑄獲得膜厚6.0# m之高介電性薄膜。 實施例5 除使用 PVdF ( Daikin工業，VP825 )代替實施例1 中之VdF/ TFE共聚物以外，餘同樣地作成塗佈組成物， 並經澆鑄獲得膜厚6.2/zm之高介電性薄膜。 實施例6 於100ml之聚乙烯製容器中加入甲基乙基酮（MEK) (Kishida化學）44質量份與6質量份之VdF/TFE共聚物 (VdF/TFE= 67/33) (Daikin工業），以旋轉攪拌機攪拌 ，獲得12質量％濃度之氟樹脂溶液。以棒塗佈器將該溶 液塗佈於鋁板上’在1 0 0。(：之乾燥爐中使溶劑揮發，獲得 在鋁板上之膜厚4.0^m之高介電性薄膜。 試驗例1 -31 - 201239905 獲得比介電率及介電損 針對實施例1〜5撺垣今1胳 3獲得之薄膜 耗之數據。 結果示於表1。 [表1] 薄膜形成樹脂 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 (質量份） VdF/TFE=67/33 VdF/TFE=80/20 PVDF (VdF=100) BaTiOa l〇〇 100 30 100 100 100 薄膜特性 ---- 60 一 — 膜厚Um) C Λ 6.2 測定温度（3(rc) o. U 9* 1 6.0 比介電率 100Hz 1kHz 9.9 9. 6 17.9 23.6 10. 5 10.9 10kHz 9.3 17. 3 22. 7 10.3 10.4 介電損耗（％) 100Hz 1kHz 2.4 2.3 16.8 2.8 21.8 2. 2 10.1 2. 2 10.2 6. 2 10kHz ί·飞 2.9 2· 2 2.7 1.8 2. 3 3. 3 3.1 如由表1所：r解，含有VdF系聚合物及高介電性無 機粒子之薄膜具有高的比介電率。 試驗例2 針對實施例6獲得之薄膜，獲得接觸角之數據。 接觸角係使用接觸角計（協和界面科學）進行測定。 將直徑3mm之濃度lw/w%食鹽水滴加於高介電性薄 膜上’測定接觸角。進行三次測定，以平均値作爲施加電 壓前（0V)之接觸角。接著對水滴施加120V之電壓，同 -32- 201239905 樣測定電壓施加中之接觸角。結果示於表2。 [表2] 施加電壓(V) 接觸角(〇) 0 76.3 120 69.0 [產業上之可能利用性] 本發明之電潤濕用疏水性介電體薄膜可藉低電壓驅動 導電性液體，而可較好地使用於光學元件、顯示裝置（顯 不器）、可變焦透鏡、光調變裝置、光讀取裝置、光記錄 再生裝置、顯像裝置、液滴操作裝置、分析機器（例如， 有需要移動試料分析用之微小導電性液體之化學、生化及 生物學之分析機器）等中之電潤濕裝置中^ 【圖式簡單說明】 圖1爲表示本發明之一實施形態之光學元件之整體構 成之剖面圖。 圖2爲用以說明圖1所示光學元件之動作的槪略圖。 圖3爲表示具有本發明之電濕潤用疏水性介電體薄膜 之層合體之一具體例之構成的剖面圖。 【主要元件符號說明】 MO :光學元件 1 0 1 :第—基板 -33- 102 ： 201239905 103 ： 104 ： 105 ： 106 ： 107： 108 ： 109： 111： 112： 150： 200 ： 201 ： 202 ： 第一電極 電潤濕用疏水性介電體薄膜 隔離壁 疏水性液體 導電性液體 第二電極 第二基板 側壁 驅動元件 無機高介電體層 層合體 控制部 開關 電源 -34-

Claims (1)

  1. 201239905 七、申請專利範圍： 1 . 一種電濕潤用疏水性介電體薄膜，其含有偏二氟 乙烯系聚合物。 2 ·如申請專利範圍第1項之電濕潤用疏水性介電體 薄膜，其中偏二氟乙烯系聚合物爲偏二氟乙烯/四氟乙烯 系共聚物。 3 .如申請專利範圍第1或2項之電濕潤用疏水性介 電體薄膜，其進而含有高介電性無機粒子。 4.如申請專利範圍第1〜3項中任一項之電濕潤用疏 水性介電體薄膜，其中高介電性無機粒子爲由以（Ba)式 表示之金屬氧化物及以（Bb)式表示之金屬氧化物所組成 群組選出之一種以上之金屬氧化物之粒子： (Ba )式： Ma „ aMb n b〇n c (式中 Ma爲週期表第2族金屬元素； Mb爲週期表第4族金屬元素； na 爲 0.9〜1 . 1 ; nb爲0.9〜1.1 ;且 nc 爲 2.8〜3.2 )， (Bb )式： Ma „ .Mb n b. 〇n c (式中 Ma爲週期表第2族金屬元素； -35- 201239905 Mb’爲週期表第5週期金屬元素； na 爲 〇·9~1·1 ; nb’爲 0.9〜1.1 ;且 nc 爲 2.8〜3.2) ° 5 .如申請專利範圍第4項之電濕潤用疏水性介電體 薄膜，其中金屬氧化物爲鈦酸鋇。 6 .如申請專利範圍第3 ~5項中任一項之電濕潤用疏 水性介電體薄膜，其相對於偏二氟乙燦系聚合物1〇〇質量 份含有10〜1〇〇質量份之高介電性無機粒子。 7. —種電濕潤裝置，其具有 第一電極* 第二電極， 可移動地配置在前述第一電極與前述第二電極之間之 導電性液體，及 配置在前述第一電極與前述導電性液體之間以使前述 第一電極與前述第二電極絕緣之如申請專利範圍第1~6項 中任一項之電濕潤用疏水性介電體薄膜。 -36 -
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