JP4862659B2 - エレクトロウェッティングデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エレクトロウェッティング効果（電気毛管現象）を利用したエレクトロウェッティングデバイスの製造方法に関し、更に詳しくは、エレクトロウェッティングデバイスを構成する液体の密閉容器内への充填方法に関する。

近年、エレクトロウェッティング効果を利用したエレクトロウェッティングデバイスの開発が進められている。エレクトロウェッティング効果は、導電性を有する液体と電極との間に電圧を印加したときに電極表面と液体との固液界面のエネルギーが変化し、液体表面の形状が変化する現象をいう。

図８Ａ，Ｂは、エレクトロウェッティング効果を説明する原理図である。図８Ａに示すように、電極１の表面には絶縁膜２が形成されており、この絶縁膜２の上に電解液の液滴３が置かれている。絶縁膜２の表面は撥水処理が施されており、図８Ａに示す無電圧状態では絶縁膜２の表面と液滴３との間の相互作用エネルギーは低く接触角θ０は大きい。ここで、接触角θ０は絶縁膜２表面と液滴３の正接線の間の角度であり、液滴３の表面張力や絶縁膜２の表面エネルギーなどの性質に依存する。

一方、図８Ｂに示すように、電極１と液滴３との間に所定電圧を印加すると、液滴３側の電解質イオンが絶縁膜２表面へ集中することによって電荷二重層の帯電量変化が生じ、液滴３の表面張力の変化が誘発される。この現象がエレクトロウェッティング効果であり、接触角θｖは、電圧Ｖの関数として以下の（１）式で表される。

以上のように、電極１と液滴３との間に印加する電圧Ｖの大きさによって、液滴３の表面形状（曲率）が変化する。従って、液滴３をレンズ素子として用いた場合に焦点位置を電気的に制御できる光学素子を実現できることになる。

さて、このような光学素子を用いた光学装置の開発が進められている。例えば下記特許文献１には、ストロボ装置向けのレンズアレイが提案されている。これは、基板表面の撥水膜上にアレイ状に配置された絶縁性液体の液滴と導電性液体を封入して可変焦点レンズを構成したものである。この構成では、絶縁性液体と導電性液体との間の界面形状で個々のレンズが形成され、エレクトロウェッティング効果を利用して個々のレンズ形状を電気的に制御し焦点距離を変化させている。

また、下記特許文献２には、エレクトロウェッティング効果を利用した表示装置の構成が開示されている。この表示装置は、着色液滴を収容したセルをアレイ状に配列し、セルを選択的に駆動することで所望のカラー画像を表示する。上記セルは、画像の表示部としてだけでなく、可変焦点レンズ等のレンズ素子として構成することも可能である。その構成例を図９Ａ，Ｂに示す。図９は、当該レンズ素子をアレイ状に配列して構成したレンズアレイ５０の概略構成を示しており、Ａはレンズアレイ５０を構成する共通基板５４の平面図、Ｂはレンズアレイ５０の要部断面図である。

このレンズアレイ５０は、導電性の第１の液体５１と絶縁性の第２の液体５２との界面でレンズ面を形成する複数のレンズ素子５３を備えている。第１，第２の液体５１，５２は互いに異なる屈折率を有しており、互いに混和することなく存在している。各レンズ素子５３は、透明な共通基板５４と透明な蓋体５５との間に形成された密閉性の液室内に二次元的に配列されており、隣接するレンズ素子５３の間は仕切壁５６を介して仕切られている。共通基板５４の下面には透明電極膜５８が形成され、共通基板５４上面の第２の液体５２が接する領域には撥水処理が施されている。蓋体５５の下面の第１の液体５１が接する領域には対向電極として透明電極膜５７が形成されている。

以上のような構成のレンズアレイ５０は、一対の透明電極５７，５８間に印加する電圧を制御することによって、各レンズ素子５３の第１，第２の液体５１，５２間の界面形状が変化する。これにより、レンズアレイ５０を透過する光の焦点距離を可逆的に変化させることが可能となり、カメラのストロボ装置用の可変焦点レンズ等に好適に用いることができる。

特開２０００−３５６７０８号公報 特開２００４−２５２４４４号公報

ところで、上述したような構成のレンズアレイ５０においては、個々のレンズ素子５３の周囲が仕切壁５６によって囲まれているため、レンズアレイ５０を作製する場合は、液室の内部を第１の液体５１で充填した後、仕切壁５６で区画された複数の空間（セル）内に第２の液体５２を個々に所定量注入する必要があった。

図１０は、従来の２液注入方法を説明する概念図である。導電性液体７１で満たされたタンク７３の中に、上面に収容部７５が凹設された基板７４が設置されている。収容部７５の表面は撥水処理が施されており、この収容部７５に向けて絶縁性液体７２が導電性液体７１中においてシリンジ７６によって注入される。絶縁性液体（液滴）７２は導電性液体７１と混和することなく滴下され、収容部７５に付着した後、収容部７５の表面に濡れ広がる。

しかしながら、図１０に示したような２液注入方法においては、導電性液体７１中にシリンジ７６の先端を接触させた状態で液滴７２を滴下するようにしているため、導電性液体７１の汚染が避けられない。この汚染原因としては、シリンジ７６に付着しているゴミ、シリンジの構成材料（金属）の溶出や腐食、液体間の微量混入などが考えられる。また、導電性液体７１への基板７４の出し入れの際、気泡やごみの混入も生じ易いという問題もある。

更に、上述した方法でレンズアレイを作製する場合においては、レンズ面を形成する素子数の増大により液滴注入の作業量が増加するほか、素子間において液滴供給量のバラツキが生じてレンズ素子の特性が不均一になる場合がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、液体の汚染と異物の混入を防止でき、液体の注入作業性をも高めることができるエレクトロウェッティングデバイスの製造方法を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明のエレクトロウェッティングデバイスの製造方法は、液導入口と液排出口とを有する容器を作製する工程と、液導入口から第１の液体を導入して容器の内部を当該第１の液体で充填する工程と、液導入口から第２の液体を導入して第１，第２の液体間に所定の界面形状を形成する工程と、液導入口と液排出口を閉塞して容器の内部を密閉する工程とを有する。

本発明においては、液導入口から第１の液体を導入して容器の内部を当該第１の液体で充填した後、液導入口から第２の液体を導入して容器の内部に所定の界面形状を形成するようにしているので、先に導入した第１の液体を汚染することなく第２の液体を注入することが可能となる。また、容器内部への２液注入作業を効率良く行えるようになるので、作業性、生産性の向上を図ることができる。更に、容器内にごみや気泡等の異物が混入しても、液排出口から容易に排出することが可能となる。更に、シリンジなどを用いた液注入方法では液体充填できないような微小な寸法をもつ構造にも対応することができる。

なお、第１の液体を導電性液体、第２の液体を絶縁性液体とした場合、容器内部を撥水処理しておくことで、後に導入される第２の液体が容器内壁を濡れ広がることにより、第２の液体の分離や所定外の壁面への付着を回避することができる。

容器の内部を第１の液体で充填する工程では、例えば容器の内部を減圧するなどして、容器の内部と外部の間の圧力差を利用して行うのが効率的である。これにより、容器の内部に気泡を発生させることなく液体充填作業を速やかに行うことができるようになる。

容器内部への第２の液体の導入時、この第２の液体の導入量に応じた量の第１の液体が液排出口から排出される。そこで、第２の液体の導入の際、液導入口に導入される第２の液体の量と、液排出口から排出される第１の液体の量をモニタリングしながら行うことによって、容器内部における第１，第２の液体間の所定の界面形状を適正に形成することができる。

なお、容器の内部から外部へ向かう液の流れを許容しその逆の流れは禁止する逆止弁を液排出口に設置することで、第１，第２の液体の導入時に、上記逆止弁の開弁圧に応じた導入圧が得られるようになる。これにより、第１，第２の液体間の界面形状の調整や容器の内圧調整を容易に行えるようになる。

一方、本発明のエレクトロウェッティングデバイスの製造方法は、容器の内部に複数のセルが設けられた構造のものに対しても適用可能である。この場合、複数のセルは互いに液的に連通可能な構成とする。これにより、第１の液体又は第２の液体を液導入口から複数のセルへ共通に導入することが可能となるので、一度の工程で複数の素子を同時に作製でき、生産性に大きく貢献することができる。また、素子間における液の注入量のバラツキをなくすことができるので、セル間における素子特性の均一化を図ることができる。

本発明は、エレクトロウェッティング効果を利用した種々のデバイスの製造に広く適用可能である。具体的には、エレクトロウェッティング効果を利用したレンズ素子、表示素子などの光学素子のほか、液体の表面張力の変化を利用してワークを位置決め搬送するステージ装置等の各種アクチュエータが挙げられる。

以上述べたように、本発明のエレクトロウェッティングデバイスの製造方法によれば、先に導入した第１の液体を汚染することなく第２の液体を注入することが可能となる。また、容器内部への２液注入作業を効率良く行えるようになるので、作業性、生産性の向上を図ることができる。更に、容器内にごみや気泡等の異物が混入しても、液排出口から容易に排出することが可能となる。更に、シリンジなどを用いた液注入方法では液体充填できないような微小な寸法をもつ構造にも対応することができる。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態によるエレクトロウェッティングデバイス１０の概略構成を示す側断面図である。本実施形態のエレクトロウェッティングデバイス１０は、密閉性の容器１８の内部に形成された液室に、導電性の第１の液体１１と絶縁性の第２の液体１２が収容されてなり、これら第１の液体１１と第２の液体１２の界面１３Ａでレンズ面を形成するレンズ素子１３を備えている。このエレクトロウェッティングデバイス１０は、例えば照明光学系やカメラのストロボ装置などに用いられ、当該エレクトロウェッティングデバイス１０を透過する光の焦点距離を任意に変化させる可変焦点液体レンズ素子として構成されている。

第１の液体１１としては、導電性を有する透明な液体が用いられ、例えば、水、電解液（塩化カリウムや塩化ナトリウム、塩化リチウム等の電解質の水溶液）、分子量の小さなメチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、常温溶融塩（イオン性液体）などの有極性液体を用いることができる。

第２の液体１２としては、絶縁性を有する透明な液体が用いられ、例えば、デカン、ドデカン、ヘキサデカンもしくはウンデカン等の炭化水素系の材料、シリコーンオイル、フッ素系の材料などの無極性溶媒を用いることができる。本実施形態において、第２の液体１２の表面張力は、第１の液体１１の表面張力よりも小さいものが用いられている。

第１，第２の液体１１，１２は、互いに異なる屈折率を有するとともに、互いに混和することなく存在できる材料が選ばれる。具体的に、本実施形態では、第１の液体１１として塩化リチウム水溶液（濃度３．６６ｗｔ％、屈折率１．３４）が用いられ、第２の液体１２としてシリコーンオイル（ＧＥ東芝シリコーン社製ＴＳＦ４３７、屈折率１．４９）が用いられる。また、第１，第２の液体１１，１２は互いに同等の比重をもつことが好ましい。また、必要に応じて、第１，第２の液体１１，１２は着色されていてもよい。

次に、容器１８は、透明基板１４と、この透明基板１４に接合された電極板１６と、この電極板１６の上面に密封部材２０を介して接合された蓋体１５で構成されている。

透明基板１４は、光学的に透明な絶縁性基板であり、例えば、プラスチック材料の射出成形体、ガラス材料、各種セラミックス材料等で構成することができる。本実施形態では、透明基板１４は、ガラス基板で構成されている。電極板１６は、例えばシリコン基板からなり、中央部に液室形成用の開口部１６ａを有し、側周部に液導入口２７Ａと液排出口２７Ｂを構成する溝が各々形成され、これらの溝形成面が透明基板１４の上面に陽極接合されている。蓋体１５は、光学的に透明な絶縁性基板であり、その液室側の表面にＩＴＯ膜等の透明電極膜１７が形成されている。なお、透明電極膜１７の表面は、親水処理が施されている。

透明基板１４及び電極板１６の表面、開口部１６ａの周面、並びに液導入口２７Ａ及び液排出口２７Ｂの内壁面には、撥水性の絶縁膜１９が形成されている。この絶縁膜１９は、電極板１６及び透明基板１４が互いに接合一体化された状態で、ＣＶＤ法、ディッピング法、電着法等の適当な表面被覆法を用いて形成される。絶縁膜１９の構成材料としては、例えば、ポリパラキシリレン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの有機系材料のほか、酸化タンタルや酸化チタン等の金属酸化物を用いることができる。

液導入口２７Ａおよび液排出口２７Ｂには、シール部材２６Ａ，２６Ｂがそれぞれ取り付けられており、これにより容器１８の内部が密閉されている。シール部材２６Ａ，２６Ｂは、例えばゴム栓等で構成されるが、液導入口２７Ａおよび液排出口２７Ｂに注入された接着材料であってもよい。

以上のように構成される本実施形態のエレクトロウェッティングデバイス１０においては、電極板１６と透明電極膜１７との間に駆動電圧を印加する電圧供給源Ｖが設けられている。第１の液体１１と第２の液体１２の界面１３Ａの形状は、球面あるいは非球面であり、その曲率は電圧供給源Ｖから供給される駆動電圧の大きさに応じて変化する。そして、界面１３Ａは、第１の液体１１と第２の液体１２の屈折率差に応じたレンズパワーをもつレンズ面を構成する。従って、電極板１６と透明電極膜１７の間に印加する駆動電圧の大きさを調整することで、光軸Ｌに沿って入射する光の焦点距離を変化させることが可能となる。

具体的に、電圧無印加状態では、第２の液体１２は、図１において実線で示すように、電極板１６の開口部１６ａの周縁に濡れ広がっており、第１の液体１１との界面１３Ａは透明基板１４側に凸となる凹レンズ形状で釣り合っている。従って、第２の液体１２の屈折率が第１の液体１１の屈折率よりも大きい場合、当該形状の界面１３Ａを有するエレクトロウェッティングデバイス１０は、透明基板１４側に焦点を有し、透明基板１４側から密閉容器１８内に入射する光は蓋体１５側に発散して出射される。

一方、電極板１６と透明電極膜１７との間に電圧を印加し始めると、エレクトロウェッティング効果に基づいた第１の液体１１の電極板開口部１６ａ内への移動が誘発される。即ち、電極板１６の開口部１６の周面に対する第１の液体１１の濡れ性が高まり、開口部１６ａの周縁から開口部１６ａの内方へ第１の液体１１が侵入し始める。その結果、界面１３Ａの曲率が徐々に小さくなる。駆動電圧が一定以上大きくなると、図１において二点鎖線で示すように、界面１３Ａは、蓋体１５側に凸となる凸レンズ形状になる。従って、当該形状の界面１３Ａを有するエレクトロウェッティングデバイス１０は、蓋体１５側に焦点を有し、透明基板１４側から密閉容器１８内に入射する光は蓋体１５側に収束されて出射される。これにより、本実施形態のエレクトロウェッティングデバイス１０は、駆動電圧の大きさで焦点距離が調整可能な可変焦点レンズとして機能する。

次に、以上のように構成される本実施形態のエレクトロウェッティングデバイス１０の製造方法について説明する。図２は、エレクトロウェッティングデバイス１０の製造方法を説明する工程断面図である。

まず、図２Ａに示すように、液導入口２７Ａと液排出口２７Ｂを備えた容器１８を準備する。容器１８の内部には、これら液導入口２７Ａ及び液排出口２７Ｂと連通する液室２８が形成されている。

上述したように、これら液導入口２７Ａと液排出口２７Ｂは、電極板１６の透明基板１４側の面に溝加工を施すことで形成される。なお、この電極板１６の液導入口２７Ａ及び液排出口２７Ｂの非形成領域は、透明基板１４の上面に一体接合されている。また、電極板１６と透明基板１４の接合後、絶縁膜１９の形成処理を施すことで、透明基板１４及び電極板１６の表面、開口部１６ａの周面、並びに液導入口２７Ａ及び液排出口２７Ｂの内壁面には、撥水性の絶縁膜１９が形成される。

次に、図２Ｂに示すように、容器１８の液導入口２７Ａから液室２８内に第１の液体１１を導入する。

容器１８内部への第１の液体１１の導入は、例えばシリンジ等の先端が針状の液供給ノズルを用いて行われる。このとき、液排出口２７Ｂを開放しておくことで、液室２８内への第１の液体１１の充填を効率よく行うことができる。また、あらかじめ容器１８の内部を減圧させておき、容器１８の内外の圧力差を利用して液体１１を導入するようにすれば、液室２８の液充填工程を速やかに、かつ気泡を生じさせることなく行うことができる。この場合、液供給ノズルを用いなくとも液充填を行うことができる。

続いて、図２Ｃに示すように、液導入口２７Ａから第２の液体１２を導入して、液室２８内において第１，第２の液体１１，１２間に所定の界面形状を形成する。

容器１８内部への第２の液体１２の導入は、例えばシリンジ等の先端が針状の液供給ノズルを用いて行われる。液室２８を構成する透明基板１４の表面および電極板１６の周面には撥水性の絶縁膜１９が形成されているので、第２の液体１２は、容器１８の内壁に容易に濡れ広がる。第２の液体１２の導入工程は、第２の液体１２が液排出口２７Ｂに達し、第１の液体１１との界面１３Ａが所定形状になるまで行われる。第２の液体１２が液排出口２７Ｂに達する以前においては、液排出口２７Ｂから第１の液体１１が排出される。第２の液体１２が液排出口２７Ｂに達すると、第１の液体１１は排出されなくなる。

なお、２液を注入する順番は、始めが相対的に表面張力の大きな液体、次に表面張力の小さな液体とする。本実施形態では、第１の液体１１の表面張力よりも第２の液体１２の表面張力が小さいので、第１の液体１１を注入した後、第２の液体１２を注入する。一方、例えば第１の液体１１として有機系の導電性液体が用いられる場合には、表面張力が絶縁性の第２の液体よりも小さくなることがある。この場合、最初に第２の液体を注入し、次に第１の液体を注入すればよい。

最後に、図２Ｄに示すように、液導入口２７Ａと液排出口２７Ｂにシール部材２６Ａ，２６Ｂを取り付けて、容器１８の内部を密封する。これにより、第１，第２の液体１１，１２からなるレンズ素子１３を備えた本実施形態のエレクトロウェッティングデバイス１０の作製が完了する。

上述した本実施形態のエレクトロウェッティングデバイス１０の製造方法においては、液導入口２７Ａから第１の液体１１を導入して容器１８の内部を当該第１の液体１１で充填した後、液導入口２７Ａから第２の液体１２を導入して液室２８に第１，第２の液体１１，１２間に所定形状の界面１３Ａを形成するようにしているので、先に導入した第１の液体１１を汚染することなく第２の液体１２を注入することが可能となる。また、容器１８内部への２液注入作業を効率よく行えるようになるので、作業性、生産性の向上を図ることができる。更に、本実施形態によれば、容器１８内にゴミ等の異物が混入しても、液排出口２７Ｂから当該異物を容易に排出することが可能となる。

レンズ素子１３の界面１３Ａの初期形状は、第２の液体１２の導入量あるいは導入圧で調整することができる。第２の液体１２の導入量あるいは導入圧の調整は、液排出口２７Ｂの流路抵抗や長さ、孔径などによって調整することができる。このとき、容器１８の内圧を大気圧よりも大きな圧力状態に保つことで、外部環境（例えば高山での減圧、水中での加圧）などの影響を受けにくいデバイスを構成することができるようになる。

また、第２の液体１２の導入時、この第２の液体１２の導入量に応じた量の第１の液体１１が液排出口２７Ｂから排出される。そこで、第２の液体１２の導入の際、液導入口２７Ａに導入される第２の液体１２の量と、液排出口２７Ｂから排出される第１の液体１１の量をモニタリングしながら行うことによって、容器１８の内部における第１，第２の液体１１，１２間の所定の界面形状を適正に形成することができる。

更に、本実施形態においては、第１，第２の液体１１，１２の導入前に、容器１８の作製を完了させておくことができるので、デバイスとして高強度の筺体構造を得ることができる。そして、液体封止箇所が液導入口２７Ａと液排出口２７Ｂだけであるので、信頼性の高い液体封止構造を得ることができる。

（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態によるエレクトロウェッティングデバイスの製造方法を説明する工程断面図であり、Ａは容器１８の作製工程、Ｂは第１の液体１１の導入工程、Ｃは第２の液体１２の導入工程、Ｄは容器１８の密封工程をそれぞれ示している。なお、図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態では、液室２８を構成する容器１８に対して、２つの液排出口２７Ｂ１，２７Ｂ２が設けられている。一方の液排出口２７Ｂ１は、電極板１６と蓋体１５の間に形成され、図示の例では密封部材２０の一部を除去して液排出口２７Ｂ１を構成している。他方の液排出口２７Ｂ２は、上述の第１の実施形態における液排出口２７Ｂに相当し、電極板１６と透明基板１４の間に形成されている。

本実施形態では、液室２８内への第１の液体１１の充填工程（図３Ｂ）において、容器１８の内部に導入された第１の液体１１は、２つの液排出口２７Ｂ１，２７Ｂ２を介して容器１８の外部に排出される。また、第２の液体１２の導入工程（図３Ｃ）においては、主として、一方の液排出口２７Ｂ１から第１の液体１１が排出され、他方の液排出口２７Ｂ２から第２の液体１２が排出される。

本実施形態によれば、第１の液体１１を排出する液排出口２７Ｂ１と第２の液体１２を排出する液排出口２７Ｂ２を備えているので、第１の液体１１及び第２の液体１２の液量調整を容易に行うことが可能となる。例えば、後から導入される第２の液体１２の容器１８内部への濡れ広がり速度が遅い場合、第２の液体１２が液排出口２７Ｂ２へ到達後も当該第２の液体１２の注入を続けることで、容器１８内の第２の液体１２の導入量が増えると同時に第１の液体１１の導入量が減るため、所望の界面形状を容易に形成できるようになる。

最後に、液導入口２７Ａ、液排出口２７Ｂ１，２７Ｂ２をシール部材２６Ａ，２６Ｂ１，２６Ｂ２で閉塞することにより、容器１８の内部が密封されて、本実施形態のエレクトロウェッティングデバイスが作製される。

（第３の実施形態）
図４は本発明の第３の実施形態によるエレクトロウェッティングデバイスの製造方法を説明する工程断面図であり、Ａは容器１８の作製工程、Ｂは第１の液体１１の導入工程、Ｃは第２の液体１２の導入工程、Ｄは容器１８の密封工程をそれぞれ示している。なお、図において上述の第１，第２の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態では、液導入口２７Ａに、容器１８の外部から内部へ向かう液の流れを許容しその逆の流れは禁止する逆止弁２９Ａが設置されている。また、液排出口２７Ｂ１，２７Ｂ２に、容器１８の内部から外部へ向かう液の流れを許容しその逆の流れは禁止する逆止弁２９Ｂ１，２９Ｂ２がそれぞれ設置されている。

本実施形態においては、各逆止弁２９Ａ，２９Ｂ１，２９Ｂ２の開弁圧に応じた第１，第２の液体１１，１２の導入圧を得ることができる。これにより、第１，第２の液体１１，１２間の界面形状の調整や容器１８の内圧調整を容易に行えるようになる。また、液導入後における液導入口２７Ａ、液排出口２７Ｂ１，２７Ｂ２の閉塞処理が不要となるので、デバイス作製工程の簡素化と作業時間の短縮を図ることが可能となる。なお、必要に応じて、液導入後、逆止弁が不用意に開弁しないように接着剤を注入して弁位置を固定してもよい。

更に、本実施形態によれば、デバイスの機能チェックを行いながらの液導入が可能となる。具体的に、例えば、作製されるエレクトロウェッティングデバイスが可変焦点レンズの場合、焦点距離を測定しながらの液量調整が可能となる。

（第４の実施形態）
続いて、本発明の第４の実施形態について説明する。図５〜図７は本発明の第４の実施形態を示している。

本実施形態では、エレクトロウェティングデバイスとして、複数のレンズ素子１３が二次元的に配列されたレンズアレイ３０を例に挙げて説明する。ここで、図５Ａは、レンズアレイ３０の構成を示す要部断面図、図５Ｂは図５Ａにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方向断面図、図６及び図７は、レンズアレイ３０の製造方法を説明する工程断面図である。

本実施形態のレンズアレイ３０は、電極板として、面内に複数の開口３２が形成されたシリコン基板からなる多孔電極板３１が用いられている。この多孔電極板３１の枠部３１Ｆの所定位置には、液室内へ第１，第２の液体１１，１２を導入するための液導入口４７Ａと、液室内から第１，第２の液体１１，１２を排出するための液排出口４７Ｂがそれぞれ形成されているとともに、これら液導入口４７Ａ及び液排出口４７Ｂがシール部材４６Ａ，４６Ｂによってそれぞれ封止された構成を有している。液導入口４７Ａ及び液排出口４７Ｂの形成位置は特に限定されないが、本例では、多孔電極板３１の中心に関して対称な位置にそれぞれ形成されている。

多孔電極板３１は、透明基板１４の上面に一体接合されている。また、多孔電極板３１と透明基板１４の接合後、絶縁膜３４の形成処理を施すことで、透明基板１４及び多孔電極板３１の表面、開口部３２の周面、並びに液導入口４７Ａ及び液排出口４７Ｂの内壁面には、撥水性の絶縁膜３４が形成される。

多孔電極板３１の非開口部３３と透明基板１４との間には複数の支柱３８が設けられている。これらの支柱３８は、多孔電極板３１と一体的に形成され、透明基板１４と接合されることで、多孔電極板３１と透明基板１４との間のクリアランスを一定に保持して外部ストレスに対する耐久性の向上を図る機能を有している。

多孔電極板３１の複数の開口部３２は、レンズ素子を個々に収容するセルを構成している。そして、隣接する開口部３２の間は、液室内における多孔電極板３１と透明基板１４の間に形成された隙間（通路）と、多孔電極板１４と蓋体１５の間に形成された隙間（通路）を介して、互いに液的に連通している。

以上のように構成される本実施形態のレンズアレイ３０の製造方法について図６及び図７を参照して説明する。

まず、図６Ａに示すように、多孔電極板３１を構成するシリコン基板６１の一方の面に、フォトリソグラフィ技術を用いて所定形状にパターニングされたレジスト層６２を形成する。そして、図６Ｂに示すように、レジスト層６２をマスクとしてシリコン基板６１の一方の面を所定量エッチングする。これにより、シリコン基板６１の一方の面に所定深さの凹部６３が形成されるとともに、支柱３８、液導入口４７Ａ及び液排出口４７Ｂが形成される。なお、凹部６３は、多孔電極板３１と透明基板１４との間に形成される液連通用の通路を構成する。

次に、レジスト層６２を除去し、図６Ｃに示すように、シリコン基板６１の他方の面に、フォトリソグラフィ技術を用いて所定形状にパターニングされたレジスト層６４を形成する。そして、図６Ｄに示すように、レジスト層６４をマスクとしてシリコン基板６１の他方の面をエッチングし、シリコン基板６１を貫通する複数の開口部３２を形成する。以上のようにして、透明基板１４と蓋体１５との間に配置される多孔電極板３１が作製される。

続いて、レジスト層６４を除去し、図６Ｅに示すように、多孔電極板３１の枠部の上記一方の面及び支柱３８の先端と透明基板１４の上面とを陽極接合して一体化する。その後、図７Ｆに示すように、多孔電極板３１及び透明基板１４の各々の表面に絶縁膜３４を形成する。これにより、多孔電極板３１の支柱３８を含む非開口部３３が絶縁膜３４で被覆される。

次に、図７Ｇに示すように、多孔電極板３１の枠部上面に密封部材２０を介して蓋体１５を配置することで液室を形成する。次に、図７Ｈに示すように、液導入口４７Ａから第１の液体１１を導入し、多孔電極板３１と透明基板１４および蓋体１５との間に形成された液連通用の通路を介して液室内に第１の液体１１を充填する。なお、図７Ｈ以降においては、液導入口４７Ａ及び液排出口４７Ｂを断面で示す。

次に、図７Ｉに示すように、液排出口４７Ｂを開放した状態のまま、液導入口４７Ａから第２の液体１２を導入する。第２の液体１２は、多孔電極板３１と透明基板１４との間の液連通用の通路を介して各セルに行き渡り、撥水性の絶縁膜３４によって多孔電極板３１の開口部３２周縁に濡れ広がる。最後に、図７Ｊに示すように、液導入口４７Ａと液排出口４７Ｂをシール部材４６Ａ，４６Ｂを用いてそれぞれ封止する。

以上のようにして、液室内の個々のセルに、第１，第２の液体１１，１２からなるレンズ素子１３が形成されたレンズアレイ３０が作製される。本実施形態によれば、隣接する複数のレンズ素子１３間が液的に連通された構成であるので、レンズ素子１３間の液量のバラツキを抑えることができる。また、素子単位で液量を高精度に調整する必要をなくすことができる。以上により、レンズアレイ３０を構成する各レンズ素子１３のレンズ特性を均一化でき、レンズアレイ３０の組立ても容易となる。

本実施形態によれば、液室の側方から第１，第２の液体１１，１２を順に導入することでレンズアレイ３０を作製するようにしているので、第２の液体１２を液量調整して個々に滴下注入する作業が不要となり、個々のレンズ素子間の液量のバラツキをなくして、レンズアレイ３０の組立て性、レンズ特性の向上を図ることができる。更に、シリンジやディスペンサノズル等を用いる方法では液体充填できないような微小なレンズ径（例えば数μｍ〜数十μｍ）をもつ構造にも容易に対応することができるようになる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の各実施形態では、容器１８の側壁に液導入口及び液排出口をそれぞれ形成したが、これに代えて、例えば容器１８の底部（透明基板１４側）に液導入口及び液排出口をそれぞれ配置しても構わない。この方法は、個々のセル間が液的に連通していないレンズアレイ等のデバイスにも同様に適用可能である。この場合、液導入口及び液排出口は、個々のセル毎に形成されることになる。

また、以上の各実施形態では、エレクトロウェッティングデバイスとして可変焦点液体レンズを例に挙げて説明したが、これに限られず、表示素子などの他の光学素子、あるいは、液体の表面張力の変化を利用してワークを位置決め搬送する各種アクチュエータを構成するエレクトロウェッティングデバイスの製造にも、本発明は適用可能である。

本発明の第１の実施形態において説明するエレクトロウェッティングデバイスの構成を示す概略側断面図である。 図１に示したエレクトロウェッティングデバイスの製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第２の実施形態によるエレクトロウェッティングデバイスの製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第３の実施形態によるエレクトロウェッティングデバイスの製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第４の実施形態において説明するエレクトロウェッティングデバイスの構成を示す要部断面図であり、Ａは側断面図、ＢはＡにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方向断面図である。 図５に示したエレクトロウェッティングデバイスの製造方法を説明する工程断面図である。 図５に示したエレクトロウェッティングデバイスの製造方法を説明する工程断面図である。 エレクトロウェッティング効果（電気毛管現象）を説明する原理図である。 従来のレンズアレイの概略構成図であり、Ａは共通基板の平面図、Ｂはレンズアレイの要部断面図である。 従来の２液注入方法を説明する概念図である。

符号の説明

１０…エレクトロウェッティングデバイス、１１…第１の液体、１２…第２の液体、１３…レンズ素子、１３Ａ…界面、１４…透明基板、１５…蓋体、１６…電極板、１７…透明電極膜、１８…容器、１９…絶縁膜、２０…密封部材、２７Ａ，４７Ａ…液導入口、２７Ｂ，２７Ｂ１，２７Ｂ２，４７Ｂ…液排出口、２８…液室、２９Ａ，２９Ｂ１，２９Ｂ２…逆止弁、３０…レンズアレイ、３１…多孔電極板、３２…開口部、３３…非開口部、３４…絶縁膜

Claims (4)

1. 撥水性絶縁膜によって被覆された底面及び側面と前記撥水性絶縁膜によって被覆されていない天井面とを有する液室が形成された容器であって、前記側面の前記底面側に液導入口及び第１の液排出口が形成された容器を作製し、
   前記液導入口から、有極性液体である第１の液体を前記液室に導入し、
   前記第１の液体を導入した後、前記液導入口から無極性液体である第２の液体を前記液室に導入し、
   前記液導入口と前記第１の液排出口を閉塞して前記液室を密閉する
   エレクトロウェッティングデバイスの製造方法。
2. 請求項１に記載のエレクトロウェッティングデバイスの製造方法であって、
   前記容器は、前記側面の前記天井面側に第２の液排出口が形成されている
   エレクトロウェッティングデバイスの製造方法。
3. 請求項２に記載のエレクトロウェッティングデバイスの製造方法であって、
   前記容器は、前記第１の液排出口及び前記第２の液排出口に、前記容器の内部から外部へ向かう液の流れを許容しその逆の流れは禁止する逆止弁が設置されている
   エレクトロウェッティングデバイスの製造方法。
4. 請求項１に記載のエレクトロウェッティングデバイスの製造方法であって、
   前記容器は、複数の前記液室を有し、前記複数の液室は、前記底面側で互いに連通している
   エレクトロウェッティングデバイスの製造方法。

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