(57)【要約】      （修正有）【課題】上部疎水性コーティング層に印加される電界が低減された誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）型マイクロ流体装置において、液滴を駆動する方法を提供する。【解決手段】マイクロ流体システムは、誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）装置内において液滴を操作するために駆動可能な素子のアレイを含むＥＷＯＤ装置と、素子のアレイにおける素子の一部を駆動するための駆動パターンを生成するパターン生成器と、駆動パターンに基づいて素子のアレイにおける素子を駆動する電圧信号を生成する信号生成器とを有する。パターン生成器は駆動パターンを生成し、駆動パターンでは、液滴の接触線の位置に存在する領域、または、接触線に隣接する領域、の少なくとも一部の中に位置する素子に印加される電圧信号が、接触線に位置する領域、または接触線に隣接する領域、の一部の中に位置しない素子に印加される電圧信号とは異なる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体システムであって、
誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）装置内において液滴を操作するために駆動可能な素子のアレイを含むＥＷＯＤ装置と、
上記素子のアレイにおける上記素子の一部を駆動するための駆動パターンを生成するパターン生成器と、
上記駆動パターンに基づいて、上記素子のアレイにおける素子を駆動するための電圧信号を生成する信号生成器と、を備えており、
上記パターン生成器は、上記液滴を含む上記素子のアレイの領域内において、駆動パターンを生成し、
上記駆動パターンは、第１電圧信号と第２電圧信号とを含み、
上記第１電圧信号は、（ｉ）上記素子のアレイに対する上記液滴の接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の一部の中に存在する素子に印加され、
上記第２電圧信号は、（ｉ）上記接触線の位置に存在しない上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接しない上記領域、の一部の中に存在する素子に印加され、
上記第１電圧信号と第２電圧信号とは異なっている、マイクロ流体システム。
【請求項２】
上記パターン生成器は、駆動パターンを生成し、
上記駆動パターンでは、
（ｉ）上記接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の少なくとも一部の中に存在する素子が駆動され、
（ｉ）上記接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の上記一部の中に存在しない素子が駆動されない、請求項１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項３】
上記パターン生成器は、駆動パターンを生成し、
上記駆動パターンでは、
上記接触線の全体の周囲に位置する素子が駆動され、
上記接触線から離間した素子が駆動されない、請求項１または２に記載のマイクロ流体システム。
【請求項４】
駆動される上記素子に対しての、上記接触線から離間した駆動されない上記素子の割合は、５０％以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５】
上記パターン生成器は、
上記信号生成器が上記電圧信号を印加する場合に、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴に対する液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成する、請求項１から４のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
【請求項６】
上記パターン生成器は、
上記信号生成器が上記電圧信号を印加する場合に、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴を移動させる液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成し、
上記駆動パターンのシーケンスは、
（ｉ）上記接触線の位置に存在する駆動される素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した駆動されない素子を含む、第１駆動パターンを適用する工程と、
駆動される素子および駆動されない素子に関して上記第１駆動パターンに対応する、第２駆動パターンを適用する工程と、を含み、
上記第２駆動パターンは、上記第１駆動パターンに対して、素子１つ分だけシフトされており、
上記第１駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、
上記第２駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第２駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する、請求項５に記載のマイクロ流体システム。
【請求項７】
上記第１駆動パターンは、上記接触線の位置に存在する全ての上記素子よりも少数の、駆動される素子を含む、請求項６に記載のマイクロ流体システム。
【請求項８】
上記パターン生成器は、
上記信号生成器が上記電圧信号を印加する場合に、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴を分離する液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成し、
上記駆動パターンのシーケンスは、
（ｉ）上記液滴の両側において上記接触線の位置に存在する駆動される素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した駆動されない素子を含む、第１駆動パターンを適用する工程と、
駆動される素子および駆動されない素子に関して上記第１駆動パターンに対応する、後続する駆動パターンを適用する工程と、を含み、
上記後続する駆動パターンは、上記第１駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に順次にシフトされており、
上記第１駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、
上記後続する駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該後続する駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、その結果として上記液滴が分離される、請求項５に記載のマイクロ流体システム。
【請求項９】
上記パターン生成器は、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴を分離する液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成し、
上記駆動パターンのシーケンスは、
（ｉ）上記液滴の両側において上記接触線の位置に存在する駆動される素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した駆動されない素子を含む、第１駆動パターンを適用する工程と、
駆動される素子および駆動されない素子に関して上記第１駆動パターンに対応する、第２駆動パターンを適用する工程と、
駆動される素子および駆動されない素子に関して上記第２駆動パターンに対応する、第３駆動パターンを適用する工程と、
駆動される素子および駆動されない素子に関して上記第３駆動パターンに対応する、第４駆動パターンを適用する工程と、を含み、
上記第２駆動パターンは、上記第１駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされており、
上記第３駆動パターンは、上記第２駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされており、
上記第４駆動パターンは、上記第３駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされており、
上記第１駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、
上記第２駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第２駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、
上記第３駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第３駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、
上記第４駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第４駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、その結果として上記液滴が分離される、請求項８に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１０】
上記パターン生成器は、駆動パターンを生成し、
上記駆動パターンでは、
（ｉ）上記接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の上記一部の中に存在しない上記素子の一部に印加される電圧信号が、平衡電圧を含み、
上記平衡電圧は、駆動される上記素子を駆動するための駆動電圧よりも小さい、請求項１から９のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１１】
上記パターン生成器は、駆動パターンを生成し、
上記駆動パターンでは、
（ｉ）上記接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の上記少なくとも一部の中に存在する素子が駆動されず、
（ｉ）上記接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の上記一部の中に存在しない素子が駆動される、請求項１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１２】
上記素子のアレイは、上記信号生成器が上記電圧信号を印加する個々の電極素子の内部にパターニングされた素子電極のセットを含み、
上記素子のアレイは、上記素子電極のセットが設けられた第１基板を含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１３】
上記液滴の境界を構成する上記接触線を判定するために、上記ＥＷＯＤ装置内における上記液滴の位置を追跡する液滴位置検出器をさらに備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１４】
誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）装置を備えるマイクロ流体システムにおいて液滴操作を行う方法であって、
上記ＥＷＯＤ装置は、当該ＥＷＯＤ装置内において液滴を操作するために駆動可能な素子のアレイを有し、
上記方法は、
上記素子のアレイにおける上記素子の一部を駆動するための駆動パターンを生成する工程と、
上記駆動パターンに基づいて、上記素子のアレイにおける素子を駆動するための電圧信号を印加する工程と、を含み、
上記駆動パターンは、上記液滴を含む上記素子のアレイの領域内に印加される電圧信号を含み、
上記駆動パターンは、第１電圧信号と第２電圧信号とを含み、
上記第１電圧信号は、（ｉ）上記素子のアレイに対する上記液滴の接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の一部の中に存在する素子に印加され、
上記第２電圧信号は、（ｉ）上記接触線の位置に存在しない上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接しない上記領域、の一部の中に存在する素子に印加され、
上記第１電圧信号と第２電圧信号とは異なっている、方法。
【請求項１５】
上記駆動パターンを生成する工程は、
上記信号生成器が上記電圧信号を印加する場合に、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴を移動させる液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成する工程を含み、
上記駆動パターンのシーケンスは、
（ｉ）上記接触線の位置に存在する駆動される素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した駆動されない素子を含む、第１駆動パターンを適用する工程と、
駆動される素子および駆動されない素子に関して上記第１駆動パターンに対応する、第２駆動パターンを適用する工程と、を含み、
上記第２駆動パターンは、上記第１駆動パターンに対して、素子１つ分だけシフトされており、
上記第１駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、
上記第２駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第２駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記駆動パターンを生成する工程は、
上記信号生成器が上記電圧信号を印加する場合に、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴を分離する液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成する工程を含み、
上記駆動パターンのシーケンスは、
（ｉ）上記液滴の両側において上記接触線の位置に存在する駆動される素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した駆動されない素子を含む、第１駆動パターンを適用する工程と、
駆動される素子および駆動されない素子に関して上記第１駆動パターンに対応する、後続する駆動パターンを適用する工程と、を含み、
上記後続する駆動パターンは、上記第１駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に順次にシフトされており、
上記第１駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、
上記後続する駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該後続する駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、その結果として上記液滴が分離される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
上記駆動パターンを生成する工程は、
上記信号生成器が上記電圧信号を印加する場合に、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴を分離する液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成する工程を含み、
上記駆動パターンのシーケンスは、
（ｉ）上記液滴の両側において上記接触線の位置に存在する駆動される素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した駆動されない素子を含む、第１駆動パターンを適用する工程と、
駆動される素子および駆動されない素子に関して上記第１駆動パターンに対応する、第２駆動パターンを適用する工程と、
駆動される素子および駆動されない素子に関して上記第２駆動パターンに対応する、第３駆動パターンを適用する工程と、
駆動される素子および駆動されない素子に関して上記第３駆動パターンに対応する、第４駆動パターンを適用する工程と、を含み、
上記第２駆動パターンは、上記第１駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされており、
上記第３駆動パターンは、上記第２駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされており、
上記第４駆動パターンは、上記第３駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされており、
上記第１駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、
上記第２駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第２駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、
上記第３駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第３駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、
上記第４駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第４駆動パターンに基づいて電圧信号を生成し、その結果として上記液滴が分離される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
上記ＥＷＯＤ装置の素子のアレイ上における液滴の液滴位置を特定する工程をさらに含み、
当該工程は、上記液滴の境界を構成する接触線を判定する工程を含む、請求項１３から１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）装置の素子アレイ上の液滴の液滴操作を行うために、当該素子アレイのアレイ素子に印加される駆動電圧を制御するための処理装置によって実行されるプログラムコードを保存する、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体であって、
上記プログラムコードは、
上記素子のアレイにおける上記素子の一部を駆動するための駆動パターンを生成する工程と、
上記駆動パターンに基づいて、上記素子のアレイにおける素子を駆動するための電圧信号を印加する工程と、
を実行するために、上記処理装置によって実行可能であり、
上記駆動パターンは、上記液滴を含む上記素子のアレイの領域内に印加される電圧信号を含み、
上記駆動パターンは、第１電圧信号と第２電圧信号とを含み、
上記第１電圧信号は、（ｉ）上記素子のアレイに対する上記液滴の接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の一部の中に存在する素子に印加され、
上記第２電圧信号は、（ｉ）上記接触線の位置に存在しない上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接しない上記領域、の一部の中に存在する素子に印加され、
上記第１電圧信号と第２電圧信号とは異なっている、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２０】
上記プログラムコードは、
上記ＥＷＯＤ装置の素子のアレイ上における液滴の液滴位置を特定する工程をさらに実行するために、上記処理装置によって実行可能であり、
当該工程は、上記液滴の境界を構成する接触線を判定する工程を含む、請求項１９に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体装置の内部、より具体的には、アクティブマトリクス誘電体エレクトロウェッティング（active matrix electro wetting on dielectric，ＡＭ−ＥＷＯＤ）デジタルマイクロ流体装置の内部において、液滴を駆動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘電体エレクトロウェッティング（Electro-wetting on dielectric，ＥＷＯＤ）は、電界を印加することによって流体の液滴を操作する公知の技術である。図１の断面図には、従来のＥＷＯＤ装置の構成が示されている。図示されるように、ＥＷＯＤ装置は下層基板３０および上層基板３６を備える。上層基板３６は、下層基板３０の反対側に配置される。また、上層基板３６は、流体ギャップ３５が形成されるように、スペーサ３２によって下層基板３０から離間されている。
【０００３】
下層基板３０上には、導電性材料が形成される、例えば、図１に示されるように、当該導電性材料は、第１下部電極３８Ａおよび第２下部電極３８Ｂとして、個々にアドレス可能な複数の下部電極３８を形成するようにパターニングされる。下層基板３０上には、絶縁層２０が、下部電極３８を覆うように形成される。また、下部疎水性コーティング１６が、当該絶縁層を覆うように形成される。疎水性コーティングは、疎水性材料によって形成される。当該疎水性材料は、一般的にはフルオロポリマーであるが、必ずしもそうではない。導電性材料は、上層基板３６上に形成されており、コモン基準電極２８として機能する。上部疎水性コーティング２６は、コモン基準電極２８を覆うように形成される。流体ギャップは、無極性のフィラー流体３４（例：オイル）および液滴４によって充填される。一般的には水溶性流体および／またイオン性流体である液滴４は、極性材料を含んでおり、下部疎水性コーティング１６および上部疎水性コーティング２６の両方に接触している。液滴４およびフィラー流体３４の境界面は、下部疎水性コーティング１６の表面との間に接触角θ６を形成する。
【０００４】
動作中は、電圧信号が下部電極３８およびコモン基準電極２８に印加され、これにより、ＥＷＯＤ技術によって、流体ギャップ３５内を移動するように、液滴４を操作する。一般的には、下部電極３８は、アレイまたはマトリクスを形成するようにパターニングされ、当該アレイの各素子は、個々にアドレス可能な下部電極３８を１つ備える。従って、複数の液滴は、ＥＷＯＤ装置の流体ギャップ３５内で独立して移動するように制御される。
【０００５】
ＵＳ６５６５７２７（Shenderov，２００３年５月２０日発行）は、液滴を移動させるためのパッシブ型アレイを備えたＥＷＯＤ装置を開示している。
【０００６】
ＵＳ６９１１１３２（Pamula et al.，２００５年６月２８日発行）は、二次元的な液滴の位置および移動を制御する二次元アレイを備えたＥＷＯＤ装置を開示している。
【０００７】
ＵＳ８８１５０７０（Wang et al.、２０１４年８月２６日発行）は、液滴の位置および移動を制御するために複数のマイクロ電極が使用されるＥＷＯＤ装置を記載している。
【０００８】
ＵＳ８１７３０００（Hadwen et al.，２０１２年５月８日発行）は、コモン基準電極にＡＣ電圧信号を印加することにより、信頼性を改善したＥＷＯＤ装置を開示している。
【０００９】
アクティブマトリクス型ＥＷＯＤ（ＡＭ−ＥＷＯＤ）とは、アレイの各素子においてトランジスタを含むアクティブマトリクスアレイ内にＥＷＯＤを実装することを意味する。当該トランジスタは、例えば薄膜トランジスタ（thin film tansistor，ＴＦＴ）であってよい。当該トランジスタは、下部電極へ印加される電圧信号を制御するために、アレイ素子の各々において電子回路を形成する。
【００１０】
ＵＳ７１６３６１２（Sterling et al.，２００７年１月１６日発行）は、ＥＷＯＤアレイにおいて電圧パルスを制御するために、ＴＦＴに基づく薄膜電子機器を用いる方法が記載されている。当該方法は、アクティブマトリクスディスプレイ技術において用いられている回路の配置と、非常に類似した回路の配置を用いる。
【００１１】
ＵＳ８６５３８３２（Hadwen et al.，２０１４年２月１８日発行）には、アレイの素子の各々が、下部電極へ印加された電圧信号の制御および電極上の液滴の存在を検知の両方を行うための回路を備えるＡＭ−ＥＷＯＤ装置を開示している。
【００１２】
上述の従来のＥＷＯＤ装置の構成には、上部疎水性コーティング２６に印加される電界が存在するという不利益がある。疎水性コーティングは、ＥＷＯＤ技術の適切な応用に必要である。但し、疎水性コーティングは、絶縁性の材料として機能するため、コモン基準電極２８を、液滴４との電気的な接触から隔離してしまう。従って、液滴４の電位は、コモン基準電極２８に印加された電位とは異なる値となりうる。この電位差、および、結果として生じる上部疎水性コーティングに存在する電界は、悪影響の原因として認められている。当該悪影響としては、エレクトロウェッティング力の低減、フィラー流体における気泡の発生、および液滴内の化学的または生物学的物質の劣化が含まれる。従って、上部疎水性コーティング内における電界を軽減する方法が求められている。
【発明の概要】
【００１３】
本発明によれば、上部疎水性コーティング層に印加される電界が低減された誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）型マイクロ流体装置において、液滴を駆動する方法が提供される。
【００１４】
ＥＷＯＤマイクロ流体装置は、アレイを備える。当該アレイの各素子は、電極を備える。当該電極には、誘電体エレクトロウェッティング技術によって液滴を駆動するために、電圧が印加される。ＥＷＯＤマイクロ流体装置内の液滴は、１つの素子の面積よりも大きい面積を占めていてもよいし、複数の素子を覆っていてもよい。
【００１５】
本発明の液滴駆動方法は、駆動素子（駆動される素子）（actuated elements）および非駆動素子（駆動されない素子）（unactuated elements）の両方を備える駆動パターンの適用を含む。駆動素子は、駆動電圧信号が印加される素子である。非駆動素子は、駆動電圧信号が印加されない素子である。つまり、非駆動素子は、（ｉ）印加される電圧信号がエレクトロウェッティング閾値電圧よりも小さい素子、または、（ｉｉ）素子電極が電気的に絶縁されているもしくはフローティング状態にある素子である。液滴の電圧は、液滴駆動がなされ、かつ、液滴とコモン基準電極との間の電位差が低減されるように、制御される。
【００１６】
本発明の液滴駆動方法は、エレクトロウェッティング力の低減、気泡の発生、および、液滴内における化学的および生物学的な物質の劣化等の悪影響を最小化することによって、装置の動作を改善することが認められた。
【００１７】
本発明は、改良されたマイクロ流体システム、および、関連する制御方法を提供する。例示的な実施形態において、マイクロ流体システムは、誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）装置内において液滴を操作するために駆動可能な素子のアレイを含むＥＷＯＤ装置を備える。上記マイクロ流体システムは、（ｉ）上記素子のアレイにおける上記素子の一部を駆動するための駆動パターンを生成するパターン生成器と、（ｉｉ）上記駆動パターンに基づいて、上記素子のアレイにおける素子を駆動するための電圧信号を生成する信号生成器と、をさらに備える。上記パターン生成器は、上記液滴を含む上記素子のアレイの領域内において、駆動パターンを生成する。上記駆動パターンは、第１電圧信号と第２電圧信号とを含む。上記第１電圧信号は、（ｉ）上記素子のアレイに対する上記液滴の接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の一部の中に存在する素子に印加される。上記第２電圧信号は、（ｉ）上記接触線の位置に存在しない上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接しない上記領域、の一部の中に存在する素子に印加される。上記第１電圧信号と第２電圧信号とは異なっている。上記システムは、上記液滴の境界を構成する上記接触線を判定するために、上記ＥＷＯＤ装置内における上記液滴の位置を追跡する液滴位置検出器をさらに備えていてもよい。
【００１８】
以下に説明する目的、および関連する目的を達成するために、本発明は、以下に十分に説明される構成、およびクレームにおいて特に着目される構成を備えている。以下の記載および添付の図面は、ある特定の詳細な一例として、本発明の実施形態を説明するものであるが、当該実施形態は、本発明の思想を採用した様々な形態の一部を示すに過ぎない。本発明の他の目的、利点、および新規的な構成は、図面と合わせて考慮されることにより、本発明に関する以下の詳細な記載から明らかになるであろう。なお、以降の添付図面において、同様の符号は、同様の部分または構成を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】先行技術を示しており、従来のＥＷＯＤ装置を概略的に表す断面図を示す。
【図２】ＥＷＯＤ装置の従来の構成を示す。
【図３】ＥＷＯＤ装置およびコントローラシステムを示す。
【図４】ＥＷＯＤ装置の電気的なモデルを示す。
【図５】液滴駆動方法を説明する数式のセットを示す。
【図６】本発明に係る駆動パターンを示す。
【図７】本発明に係る流体操作および液滴駆動の方法のフローチャートを示す。
【図８Ａ】本発明に係る流体移動操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図８Ｂ】本発明に係る流体移動操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図８Ｃ】本発明に係る流体移動操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図８Ｄ】本発明に係る流体移動操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図８Ｅ】本発明に係る流体移動操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図８Ｆ】本発明に係る流体移動操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図９Ａ】本発明に係る駆動パターンを示す。
【図９Ｂ】本発明に係る駆動パターンを示す。
【図９Ｃ】本発明に係る駆動パターンを示す。
【図９Ｄ】本発明に係る駆動パターンを示す。
【図９Ｅ】本発明に係る駆動パターンを示す。
【図９Ｆ】本発明に係る駆動パターンを示す。
【図１０Ａ】本発明に係る流体分離操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図１０Ｂ】本発明に係る流体分離操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図１０Ｃ】本発明に係る流体分離操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図１０Ｄ】本発明に係る流体分離操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図１０Ｅ】本発明に係る流体分離操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図１０Ｆ】本発明に係る流体分離操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図１０Ｇ】本発明に係る流体分離操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図１０Ｈ】本発明に係る流体分離操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図１０Ｉ】本発明に係る流体分離操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図１０Ｊ】本発明に係る流体分離操作を行うための駆動パターンのシーケンスを示す。
【図１１】本発明の液滴駆動方法に基づいてＥＷＯＤ装置に印加されるＡＣ電圧信号を表す波形ダイアグラムを示す。
【図１２】本発明に係る駆動パターンを示す。
【図１３】図１２に示す駆動パターンの例においてＥＷＯＤ装置に印加されるＡＣ電圧信号を表す波形ダイアグラムを示す。
【図１４】ＥＷＯＤ装置の代替的な構成を示す。
【図１５】図１４のＥＷＯＤ装置構成と併せて使用される液滴駆動方法を説明する数式のセットを示す。
【図１６】本発明に係る反転駆動パターンを示す。
【図１７】本発明に係る代替的な反転駆動パターンを示す。
【図１８】ＥＷＯＤ装置の代替的な構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の第１かつ最も一般的な実施形態において、従来のＥＷＯＤ装置の疎水性コーティング層内の電界を軽減するための液滴駆動方法が提供される。当該駆動方法は、流体プロトコル（例：化学的または生物学的反応、検査等）を実行するためのＥＷＯＤ装置上の液滴の操作を可能とすることができる。
【００２１】
図２に示されるように、従来のＥＷＯＤ装置２００の構成は、第１基板２３０と、第２基板２３６と、流体ギャップ２３５を形成するように当該２つの基板の間に配置されたスペーサ２３２とを備える。第１基板２３０は、素子電極２３８のセットと、絶縁層２２０と、第１疎水性コーティング層２１６とを備える。第２基板２３６は、第２コモン基準電極２２８と第２疎水性コーティング層２２６とを備える。流体ギャップは、フィラー流体２３４および液滴２０４によって充填される。ＥＷＯＤ装置２００は、素子２９０のアレイ（例：素子２９２Ａ〜２９２Ｆ）を備えてもよい。素子２９０のアレイの素子２９２Ａ〜Ｆの各々は、素子電極２３８のセットおよび第２コモン基準電極２２８の一部からなる素子電極２３９を含んでよい。図２の例の場合、液滴２０４は、素子のアレイにおける素子２９２Ａ〜Ｆのサブセット（例：素子２９２Ｂ〜２９２Ｅ）に対応する流体ギャップを満たしてもよい。
【００２２】
第１基板２３０および第２基板２３６は、透明な絶縁性材料（例：ガラス）によって形成されてもよい。素子電極２３８のセットおよび第２電極コモン基準電極２２８の素子電極２３９を形成するために使用される導電性材料は、透明な導体（例：インジウム錫酸化物（ＩＴＯ））であってもよい。絶縁層２２０は、窒化シリコンまたは二酸化ケイ素などの無機絶縁体であってもよい。各層および各構造は、例えばＬＣＤ産業において一般的である標準的な製造技術（例：フォトリソグラフィ）を使用して、基板上に形成されてもよい。疎水性材料は、フルオロポリマーであってもよい。フィラー流体２３４は、無極性材料（例：オイル）であってもよい。液滴２０４は、水溶性流体および／またはイオン性流体であってもよい。液滴２０４の導電率は、フィラー流体２３４の導電率より実質的に高くてもよい。
【００２３】
図３に示されるように、図２のＥＷＯＤ装置は、ハードウェアコントローラ３１０および処理ユニット３２０と併せて、マイクロ流体システムの一部として使用されてもよい。ハードウェアコントローラユニット３１０は、素子電極２３８のセットにおける素子電極２３９のそれぞれに印加される電圧信号を生成する信号生成ユニット３１２を備える。好ましい実施形態において、ＥＷＯＤ装置内の回路（例えば薄膜トランジスタを用いて第１基板２３０上に集積された回路）は、信号生成ユニットによって供給された電圧信号を復号し、素子電極２３８のセットにおける素子電極２３９のそれぞれに印加される電圧信号を生成してもよい。このような回路は、例えばＵＳ８６５３８３２（Hadwen et al.，２０１４年２月１８日発行）に記載されているように、周知である。あるいは、当該分野で周知の通り、信号生成ユニット３１２は、素子電極に電圧信号を直接印加してもよい。コントローラユニットおよび／または処理ユニットは、アレイ上の電極素子に印加されている駆動電圧を制御するためのプログラムコードを実行するように構成されていてもよい。保存された制御アプリケーションに関連付けられた論理関数を操作および実行するための制御システムをプログラムする方法は、コンピュータプログラミング分野（具体的には、電子制御装置のためのアプリケーションプログラミング分野）の当業者には明らかである。従って、説明の簡潔さを考慮して、具体的なプログラミングコードの詳細については省略する。上記のような電子部品は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去およびプログラム可能な読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、またはその他の任意の好適な媒体等の、実行可能なプログラムコードを保存する非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体を含んでよい。また、上記コードは、一実施形態に係る制御電子回路によって実行されてもよいが、上記のような制御システムの機能は、本発明の範囲から逸脱することなく、専用のハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらの組合せによって実現されてもよい。
【００２４】
一実施形態において、ハードウェアコントローラユニット３１０は、素子２９０のアレイ上の液滴２０４の位置、サイズ、および形状を検知するための液滴位置検出器３１４を任意に備えてもよい。好ましい実施形態において、ＥＷＯＤ装置２００の素子２９０のアレイの各素子２９２内の回路は、素子電極２３９および第２コモン基準電極２２８の間のキャパシタンス（静電容量）を測定するために使用されてもよい。このような回路は、例えばＵＳ８６５３８３２（Hadwen et al.，２０１４年２月１８日発行）に記載されているように、周知である。このような構成においては、液滴位置検出器３１４は、素子のアレイに亘る液滴２０４の位置、サイズ、および形状のマップを作成するために、上記検知回路の動作を制御するための信号の生成、および、当該検知回路によって生成される信号の処理を行ってもよい。あるいは、当該分野で既知の通り、液滴位置検出器３１４は、素子のアレイ内の各素子のキャパシタンスを直接測定してもよい。あるいは、当該分野で既知の通り、液滴位置検出器３１４は、光学撮像システムであってもよく、素子のアレイに亘る液滴の位置のマップを作成するための画像プロセッサを備えていてもよい。
【００２５】
処理ユニット３２０は、パターン生成ユニット３２２、センサデータ分析ユニット３２４、メモリユニット３２６（つまり、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体）、および操作スケジューラ３２８を備える。パターン生成ユニット３２２は、ＥＷＯＤ装置の駆動の特定の一つのサイクル内において、駆動されるアレイ内の素子のマップ、すなわち駆動パターンを生成する。パターン生成ユニット３２２は、上記の通り、駆動パターンを電圧信号に変換する信号生成ユニット３１２と通信する。位置検出器３１４を含む一実施形態において、センサデータ分析ユニット３２４は、液滴位置検出器３１４と通信し、かつ、ＥＷＯＤ装置２００上の個別の液滴２０４を特定および追跡するために、当該液滴位置検出器によって作成されたマップを処理する。メモリユニット３２６は、所望の効果を達成するための流体駆動方法、つまりＥＷＯＤ装置２００上の液滴２０４の操作を定義する駆動パターンのシーケンスを保存する。さらに、メモリユニット３２６は、流体駆動のライブラリにおける異なる流体駆動の範囲用の上記駆動パターンを保存する。さらに、メモリユニット３２６は、所望の流体プロトコルを行うためにＥＷＯＤ装置上で行われる所定の流体駆動のセットをも保存する。操作スケジューラ３２８は、センサ液滴分析ユニット３２４の状態を監視し、かつ、パターン生成ユニット３２２を制御することにより、所望の流体プロトコルを実行する。これにより、メモリユニット３２６に保存された駆動パターンのシーケンス、流体駆動のライブラリ、および流体駆動のセットに基づいて、駆動パターンが生成される。
【００２６】
図４は、図２に示される例の場合における、ＥＷＯＤ装置２００の電気回路モデルを示す。素子のアレイの素子２９２Ａ−Ｆはそれぞれ、下記を備える：
・第２コモン基準電極２２８の抵抗を示す抵抗ＲＥ２４０５；
・第２疎水性コーティング層２２６のキャパシタンスを示すキャパシタＣＨＣ２４１０；
・第１疎水性コーティング層２１６のキャパシタンスを示すキャパシタＣＨＣ１４２５；
・絶縁層２２０のキャパシタンスを示すキャパシタＣＩＮＳ４３０；および、
・素子電極２３９の抵抗を示す抵抗ＲＥ１４３５。
【００２７】
液滴２０４の位置に対応する各素子のサブセットにおける素子は、液滴２０４の抵抗およびキャパシタンスをそれぞれ示す抵抗ＲＬＤ４１７およびキャパシタＣＬＤ４２２をさらに含む。液滴２０４の位置に対応する素子のサブセットにおける素子の数は、ｎとして表される。液滴の位置に対応しない素子は、フィラー流体２３４の抵抗およびキャパシタンスをそれぞれ示す抵抗ＲＦＦ４１５およびキャパシタＣＦＦ４２０をさらに備える。第１疎水性コーティング層の表面における液滴の電圧は、ＶＬＤ１として表される。第２疎水性コーティング層の表面における液滴の電圧は、ＶＬＤ２として表される。液滴の導電率の一般的な動作条件下では、電圧ＶＬＤ１およびＶＬＤ２は等しく、かつ、ＶＬＤとして表されると想定されてもよい。駆動電圧ＶＡＣＴは、液滴２０４と素子電極２３９との間の電位差として定義される。つまり、ＶＡＣＴ＝ＶＬＤ−ＶＥ１（ｎ）として定義される。エレクトロウェッティング技術を使用する液滴駆動については、エレクトロウェッティング駆動電圧の大きさはエレクトロウェッティング閾値電圧ＶＥＷの大きさよりも大きくなくてはならない。つまり、｜ＶＡＣＴ｜＞｜ＶＥＷ｜でなくてはならない。
【００２８】
液滴２０４の領域において、第２疎水性コーティング層に印加される電位差ΔＶＨＣ２は、（ｉ）対応する素子電極２３９に印加される電圧、（ｉｉ）第２コモン基準電極２２８に印加される電圧、および、（ｉｉｉ）図５に示される数式のセットによって素子のアレイ２９０の各素子２９２内に形成されるキャパシタのキャパシタンス、に関係する。当該数式のセットの記号は、上記説明に対応しており、Ｖ０が液滴の初期電位である。本発明の第１かつ最も一般的な実施形態において、例えば０ＶのＤＣ電圧信号が第２コモン基準電極２２８に印加され、液滴初期電位はＶ０＝０Ｖである。従って、第２疎水性コーティング層に印加される電位差ΔＶＨＣ２は、液滴の領域に対応する第１電極２３８のセットの素子電極２３９のサブセットに印加される電圧ＶＥ１（ｎ）の合計に比例する。
【００２９】
エレクトロウェッティング技術を使用する液滴駆動に必要かつ十分な条件として、（ｉ）液滴２０４とフィラー流体２３４との間、および、（ｉｉ）液滴２０４と第１疎水性コーティング層２１６との表面の間、の接触線の領域の少なくとも一部において、駆動電圧がエレクトロウェッティング閾値電圧よりも大きくなくてはならない。当該接触線は、液滴の境界に本質的に対応する。図２を参照すると、液滴の駆動のためには、接触線の位置に存在する、または当該接触線に隣接する素子２９２Ｂおよび２９２Ｅの素子電極２３９に駆動電圧信号を印加すれば十分である。素子２９２Ｃおよび２９２Ｄの素子電極２３９の電圧は、液滴駆動に影響することのない範囲で、一定のレべル（例えば第２コモン基準電極に印加される電圧信号に等しいレベル）に維持されてもよい。従って、（ｉ）液滴の境界に対応する接触線の位置に存在する領域、（ｉｉ）または当該接触線に隣接する領域、におけるアレイの領域の少なくとも一部に対応するアレイ素子２９２のみに駆動電圧信号を印加することによって、第２疎水性コーティング層に印加される電位差、すなわちΔＶＨＣ２を最小化しつつ、液滴駆動が実行される。
【００３０】
従って、一般的に、本発明の一態様は、改良されたマイクロ流体システムおよび関連する制御方法である。例示的な実施形態において、マイクロ流体システムは、誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）装置を含む。ＥＷＯＤ装置は、液滴を操作するために駆動可能な素子のアレイを、当該ＥＷＯＤ装置内に有する。マイクロ流体システムは、（ｉ）素子のアレイにおける素子の一部を駆動するための駆動パターンを生成するように構成されたパターン生成器、および、（ｉｉ）当該駆動パターンに基づいて素子のアレイにおける素子を駆動する電圧信号を生成する信号生成器、をさらに備えてもよい。パターン生成器は、液滴を含む素子のアレイの領域内における駆動パターンを生成するように構成されている。当該駆動パターンは、第１電圧信号と第２電圧信号とを含む。第１電圧信号は、（ｉ）液滴の素子のアレイとの接触線の位置に存在する領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する領域、の一部における素子に印加される。第２電圧信号は、（ｉ）接触線の位置に存在しない領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接しない領域、の一部における素子に印加される。第１電圧信号と第２電圧信号とは異なっている。例えば、パターン生成器は、ある駆動パターンを生成するように構成されていてもよい。当該駆動パターンでは、（ｉ）接触線の位置に存在する領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する領域、の少なくとも一部の中に位置する素子が駆動される。また、当該駆動パターンでは、（ｉ）接触線の位置に存在する領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する領域、の一部の中に位置しない素子が駆動されない。
【００３１】
このようなマイクロ流体システムの多くにおいては、液滴はセンサフィードバックなしで操作される。駆動素子についてのパターンが適用され、液滴の移動が発生し、当該液滴が平衡位置に至るための時間（一般的に１０ミリ秒〜数秒の範囲の時間）が許容される。一般的には、当該平衡位置は、駆動電極を覆うように位置し、システムの最低エネルギー状態に対応する。一般的に、平衡位置は、かなり再現可能性が高い。これにより、センサフィードバックを必要とすることなく液滴操作を可能にするために、複数の駆動パターンが予め決定され、および連続して配列されうる。従って、液滴センサは任意のコンポーネントである。例示的な実施形態においては、液滴の位置または状態についてのフィードバックを提供するセンサまたは他の装置は設けられていない。
【００３２】
しかしながら、システム内において、適切な液滴センサを構成するコンポーネント（液滴位置検出器とも称される）を設けることは有利となりうる。フィードバックなしで行われる個別の液滴操作において、エラーが発生する可能性は低い。しかし、多数のこのような操作が連鎖する場合、または多数の液滴が並行して操作される場合には、操作の数が増えるためにエラーの可能性が高くなる。このような状況に鑑みて、液滴センサとして機能する液滴位置検出器をシステム内に設けることは有利となりうる。従って、追加の例示的な実施形態において、システムは、液滴の境界を構成する接触線を判定するために、ＥＷＯＤ装置内における液滴の位置を追跡する液滴位置検出器をさらに備えてもよい。
【００３３】
上述したように、パターン生成器は、素子のアレイにおける液滴を含む領域において、駆動パターンを生成するように構成されている。本明細書において、「素子のアレイにおける液滴を含む領域」とは、駆動された場合に、（ｉ）液滴の状態を制御しうる、（ｉｉ）液滴の状態に影響を及ぼしうる、または、（ｉｉｉ）液滴を操作しうる、ＥＷＯＤ装置におけるアレイ素子のサブセットを意味する。このように、発明者らは、従来の技術知識（ノウハウ）とは逆に、液滴を含む領域である素子であるが、液滴の境界を形成する接触線を特に構成する領域には位置していない素子に印加される電圧信号は、当該液滴の電位を変化させるため、当該接触線の位置におけるエレクトロウェッティングの挙動に影響を及ぼしうることを発見した。本発明は、駆動する必要があるアレイ素子の数を最小化するべく、駆動パターンを、本質的に、液滴の境界の接触線の位置に存在する、または、当該接触線に隣接するアレイ素子のみに限定することで、従来の構成を改善している。
【００３４】
図６には、この液滴駆動方法を使用する駆動パターンの例が示されている。図６の例においては、パターン生成器は、ある駆動パターンを生成するように構成されている。当該起動パターンでは、（ｉ）接触線の全体の周囲に位置する素子が駆動され、かつ、（ｉｉ）接触線から離間した素子が駆動されない。アレイ素子は、駆動パターン６０５を形成し、かつ、素子のアレイ６００の領域上において、２５個の素子（５個の素子×５個の素子）分のエリア（面積）を占める液滴６１０に対応している。当該アレイ素子は、（ｉ）非駆動素子（駆動されない素子）（unactuated elements）６２０（無地領域）（plain regions）であってもよいし、または、（ｉｉ）駆動素子（駆動される素子）（actuated elements）６３０（斜線領域）（hashed regions）であってもよい。駆動素子は、駆動電圧信号が印加される素子である。非駆動素子は、駆動電圧信号が印加されない素子である。つまり、非駆動素子は、（ｉ）印加される電圧信号がエレクトロウェッティング閾値電圧よりも小さい素子、または、（ｉｉ）素子電極が電気的に絶縁されているもしくはフローティング状態にある素子である。駆動素子は、液滴６１０の境界に位置している。つまり、駆動素子は、接触線の領域内に位置している。本例では、駆動素子の数は１６であり、非駆動素子の数は９である。従って、第２疎水性コーティング層における電位差、および、当該第２疎水性コーティング層内の電界は、全ての素子が駆動されている従来の場合と比較して、１６／２５という係数の分だけ低減される。
【００３５】
液滴の駆動は、当該液滴に対して行われる各種の流体操作を可能とする。例えば、液滴は、
・アレイ上の特定の位置に保持されてもよく；
・１つのアレイ素子またはアレイ素子のサブセットから、別のアレイ素子またはアレイ素子のサブセットへ移動させられてもよく；
・複数のより小さい液滴へと分離されてもよく；
・他の液滴と混合されてもよい。
【００３６】
従って、例示的な実施形態において、パターン生成器は、対応する電圧信号が印加された場合に、ＥＷＯＤ装置内の液滴に対する液滴操作を行うための駆動パターンのシーケンスを生成するように構成されている。
【００３７】
図７のフローチャートに示されるように、ＥＷＯＤ装置内において、特定の液滴に対して特定の流体操作を行うために、駆動パターンのシーケンスがアレイに対して適用される。上記の通り、特定の流体操作を行うための駆動パターンのシーケンスは、予め規定され、かつ、処理ユニット３２０内に保存されていてもよい。特定の流体駆動を行うための第１工程７１０では、流体操作の開始時において、当該操作の対象である特定の液滴の位置および大きさは、液滴位置検出器３１４によって提供される液滴のマップに基づいて、センサデータ分析ユニット３２４によって特定される。第２工程７１５では、操作スケジューラ３２８は、特定の流体操作のための駆動パターンのシーケンスにおいて、第１の駆動パターンに対応する駆動パターンを生成するように、パターン生成ユニット３２２を制御する。そして、当該駆動パターンに対応する電圧信号は、信号生成ユニット３１２によって生成される。当該信号電圧は、ＥＷＯＤ装置に印加される。そして、ＥＷＯＤ装置２００において、対象液滴が駆動される。第３工程７２０では、センサデータ分析ユニット３２４の出力は、対象液滴が適切に駆動されているか否かを確認するために、操作スケジューラ３２８によって監視される。対象液滴が適切に駆動されている場合、第４工程７２５では、操作スケジューラは、シーケンスにおいてさらなる駆動パターンが存在しているか否かを確認する。さらなる駆動パターンが存在する場合、第２工程７１５および第３工程７２０が繰り返される。このサイクルは、特定の流体操作のための駆動パターンのシーケンスにおける全ての駆動パターンが完了するまで、継続する。
【００３８】
図８Ａ〜図８Ｆには、上記の方法を使用する流体操作および駆動パターンのシーケンスの例が示されている。この流体操作の例において、液滴は、素子１つ分の距離だけ、アレイを移動させられる。流体操作の前の初期状態において（図８Ａ）、液滴８２０は、素子のアレイ８１０の第１位置に位置している。液滴の位置および大きさが特定され、第１駆動パターン８３０が適用される（図８Ｂ）。図８Ｂの例に示されるように、第１駆動パターンは、接触線の位置に存在する駆動素子と、当該接触線から離間した非駆動素子とを含んでいてもよい。信号生成器は、第１駆動パターンに基づいて、電圧信号を生成する。第１駆動パターンの結果として、液滴は駆動状態に至る（図８Ｃ）。液滴の駆動が検知され、当該シーケンスにおける第２駆動パターンが適用される（図８Ｄ）。図８Ｄの例に示されるように、第２駆動パターンは、駆動素子および非駆動素子に関して、第１駆動パターンに対応していてもよい。第２駆動パターンは、第１駆動パターンに対して、素子１つ分だけシフトされている。信号生成器は、第２駆動パターンに基づいて、電圧信号を生成する。本例では、第２駆動パターンは、第１駆動パターンにおける駆動素子および非駆動素子と同様のパターンを有するが、左側に素子１つ分だけシフトされている。しかし、液滴の対応する移動を実現するために、駆動パターンにおいて、任意の方向への同様のシフトが採用されてよい。第２駆動パターンの適用によって液滴を駆動し、当該液滴を素子１つ分の距離だけ、左側に移動させる（図８Ｅ）。そして、流体操作は完了し、液滴は新しい位置において、非駆動状態に至りうる（図８Ｆ）。
【００３９】
本発明のさらなる実施形態において、前述の実施形態で説明された液滴駆動方法は、別の駆動パターンを採用してもよい。接触線の位置に存在する全ての素子よりも少数の駆動素子を含む駆動パターンを採用することによって、第２疎水性コーティング層における電界をさらに低減できる。図９Ａ〜図９Ｅには、前述の実施形態に説明されたように、およそ２５個の素子（５個の素子×５個の素子）のエリア（面積）分の液滴を移動させるための流体操作を行う例に対して、これらのさらなる実施形態に基づいて適用された駆動パターンが示されている。図９Ａ〜図９Ｅはいずれも、非駆動の液滴９３０の位置に対しての、非駆動素子９１０（無地領域）および駆動素子９２０（斜線領域）を示す。それぞれの場合において、駆動素子に対応する接触線の領域内の液滴のみに、エレクトロウェッティング力が印加される。矢印は、流体移動操作による液滴の移動方向を示す。
【００４０】
図９Ａは、別の駆動パターン９００を示す。当該駆動パターンでは、各縁部の中央に位置する非駆動素子を除いて、液滴の接触線の領域内の全ての素子が駆動される。有利な点として、この駆動パターンは、第２疎水性コーティング層における電界を低減する。液滴の前縁部（leading edge）（つまり、流体操作によって引き起こされる移動方向に対応する側の液滴の縁部）における駆動面積の低減により、この駆動パターンは、第１の実施形態における駆動パターン（図６）と比較して、液滴に印加されるエレクトロウェッティング力が低減されるという不利益を有する。この低減されたエレクトロウェッティング力は、液滴が移動可能な速度の低減等の悪影響を有する可能性がある。
【００４１】
図９Ｂは、さらに別の駆動パターン９４０を示す。当該駆動パターンでは、液滴のコーナー（隅部）にほぼ対応する素子のみが駆動される。この駆動パターンは、第１の実施形態の駆動パターン（図６）と比較して、第２疎水性コーティング層における電界をさらに低減するが、エレクトロウェッティング力をもさらに低減する。
【００４２】
図９Ｃは、さらに別の駆動パターン９４５を示す。当該駆動パターンでは、液滴の前縁部および後縁部（trailing edge）に位置する素子のみが駆動される。この駆動パターンは、第１の実施形態の駆動パターン（図６）と比較して、第２疎水性コーティング層における電界を低減し、同等のエレクトロウェッティング力を維持する。
【００４３】
図９Ｄは、さらに別の駆動パターン９５０を示す。当該駆動パターンでは、液滴の前縁部に位置する素子のみが駆動される。この駆動パターンは、第１の実施形態の駆動パターン（図６）と比較して、第２疎水性コーティング層における電界を低減し、同等のエレクトロウェッティング力を維持する。
【００４４】
図９Ｅは、さらに別の駆動パターン９５５を示す。当該駆動パターンでは、液滴の前縁部における、当該前縁部に直接的に一致する素子を越えて広がる領域内の素子のみが駆動素子である。この駆動パターンは、第１の実施形態の駆動パターン（図６）と比較して、第２疎水性コーティング層における電界を低減し、エレクトロウェッティング力をもさらに低減する。この駆動パターンは、図９Ｄの駆動パターンと比較して、液滴が移動可能な速度の向上等の有利な効果を有する可能性がある。
【００４５】
図９Ｆは、さらに別の駆動パターン９６０を示す。当該駆動パターンでは、液滴の前縁部に位置する素子のサブセットのみが駆動素子である。この駆動パターンは、第１の実施形態の駆動パターン（図６）と比較して、第２疎水性コーティング層における電界を低減し、エレクトロウェッティング力をも低減する。
【００４６】
上記の液滴駆動方法がいかなる流体操作にも適用されうることは、当業者であれば理解できるであろう。図１０Ａ〜図１０Ｊは、さらなる例として、本発明の液滴駆動方法を使用することにより、１つの液滴を２つのより小さい液滴に分離する流体操作が、どのように実現されうるかを示す。一般的に、液滴の分離は、１駆動パターンを適用することによって実現されてよい。当該１駆動パターンは、（ｉ）当該液滴の両側の接触線の位置に存在する駆動素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した非駆動素子、を含む。信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて、電圧信号を生成する。第１駆動パターンに基づくこの初期駆動の後に、駆動素子と非駆動素子とに関して上記第１駆動パターンに対応する、後続する駆動パターンを適用してもよい。当該後続する駆動パターンは、第１駆動パターンに対して、接触線の両側において互いに反対方向に順次にシフトされている。信号生成器は、当該後続する駆動パターンに基づいて、電圧信号を生成する。これにより、液滴が分離される。
【００４７】
図１０を参照する。流体操作に先立つ初期状態において（図１０Ａ）、液滴１０２０は素子のアレイ１０１０上の第１位置に位置している。液滴の位置および大きさが特定され、第１駆動パターン１０３０が適用される（図１０Ｂ）。図１０Ｂに示されるように、第１駆動パターンは、（ｉ）液滴の両側の接触線の位置に存在する駆動素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した非駆動素子、を含んでよい。信号生成器は、第１の駆動パターンに基づいて、電圧信号を生成する。第１駆動パターンの結果として、液滴は駆動状態に至る（図１０Ｃ）。液滴駆動が検知され、シーケンスにおける第２駆動パターン１０４０が適用される（図１０Ｄ）。図１０Ｄに示されるように、第２駆動パターンは、駆動素子および非駆動素子に関して、第１駆動パターンに対応してよい。第２駆動パターンは、第１駆動パターンに対して、接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされている。信号生成器は、第２駆動パターンに基づいて、電圧信号を生成する。本例では、第２駆動パターンは、液滴の左手側および右手側における液滴の接触線の領域内の駆動素子を含む。しかし、上記の通り、この方法を通じて、駆動素子および非駆動素子が当該液滴の両反対側にシフトされるように、液的は他の方向に沿って分離されてもよい。第２駆動パターンを適用することで、このパターンによって液滴が駆動された場合（図１０Ｅ）、結果として、当該液滴は、中央部が狭くなるように延伸される。第２駆動パターンにおける液滴の駆動が検知されると、シーケンスにおける第３駆動パターン１０５０が適用される（図１０Ｆ）。図１０Ｆを参照すると、第３駆動パターンは、駆動素子および非駆動素子に関して、第２駆動パターンに対応してよい。第３駆動パターンは、第２駆動パターンに対して、接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされている。信号生成器は、第３駆動パターンに基づいて、電圧信号を生成する。この第３駆動パターンによって液滴が駆動された場合（図１０Ｇ）、当該液滴はさらに伸長され、当該液滴の中央部は括れ（narrow neck）を形成する。第３駆動パターンにおける液滴の駆動が検知されると、シーケンスにおける第４駆動パターン１０６０が適用される（図１０Ｈ）。図１０Ｈを参照すると、第４駆動パターンは、駆動素子および非駆動素子に関して、第３駆動パターンに対応してよい。第４駆動パターンは、第３駆動パターンに対して、接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされている。信号生成器は、第４駆動パターンに基づいて、電圧信号を生成する。第４駆動パターンでの液滴の駆動により（図１０Ｉ）、当該１つの液滴が２つの別々の液滴に分離される。そして、流体操作は完了し、当該操作によって得られた液滴は、新しい位置において非駆動状態に至りうる（図１０Ｊ）。
【００４８】
本発明のさらなる実施形態において、上述の実施形態のうちのいずれかに係る液滴駆動方法は、ＡＣ電圧信号が素子電極およびコモン基準電極に印加されるＥＷＯＤ装置に適用される。図１１には、（ｉ）コモン基準電極、駆動素子、および非駆動素子に印加される電圧信号と、（ｉｉ）結果としての液滴電圧と、が示されている。非駆動素子に印加される電圧信号は、コモン基準電極に印加される電圧信号と位相が一致している（in-phase）。非駆動素子に印加される電圧信号は、コモン基準電極に印加される電圧信号と同程度の大きさである。駆動素子に印加される電圧信号は、コモン基準電極に印加される電圧信号と同程度の大きさである。但し、駆動素子に印加される電圧信号は、コモン基準電極に印加される電圧信号に対して、位相が１８０°ずれている（out of phase）。図示されているように、コモン基準電極の電圧ＶＥ２と液滴の電圧ＶＬＤとの間の電位差ΔＶＨＣ２は、本発明の駆動パターンの場合、液滴の領域において本質的に全ての素子が駆動される従来の駆動パターンと比較して、低減されている。また、エレクトロウェッティング駆動電圧ＶＡＣＴの大きさが、増加している。ＶＡＣＴは、液滴の電圧ＶＬＤと駆動素子の電圧ＶＥ１（駆動）との間の電位差である。従って、エレクトロウェッティング力が改善され、ＥＷＯＤ装置の性能も改善されうる。
【００４９】
本発明のさらなる実施形態において、本発明に係る液滴駆動方法は、第３平衡状態についての方法であってもよい。当該方法では、素子は、液滴の位置に対応しているが、接触線の領域内には位置していない。第３平衡状態とは、駆動状態でも非駆動状態でもない状態である。第３平衡状態は、液滴の電圧ＶＬＤに対する調整をもたらす。これにより、第２疎水性コーティング層における電界を、０まで低減させることができる。この実施形態において、パターン生成器は、ある駆動パターンを生成するように構成されている。当該駆動パターンでは、（ｉ）接触線の位置に存在する領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する領域、の一部の中に位置しない素子の一部に印加される電圧信号が、平衡電圧（balancing voltage）を含む。当該平衡電圧は、駆動素子を駆動するための駆動電圧よりも小さい。
【００５０】
図１２には、平衡電圧に関するこの液滴駆動方法を使用する駆動パターンの例が示されている。アレイ素子は、駆動パターン１２０５を形成し、かつ、素子のアレイ１２００の領域上において、２５個の素子（５個の素子×５個の素子）分のエリア（面積）を占める液滴１２１０に対応する。当該アレイ素子は、（ｉ）非駆動素子１２２０（無地領域）であってもよいし、（ｉｉ）駆動素子１２３０（斜線領域）であってもよいし、あるいは、（ｉｉｉ）平衡素子（balancing elements）１２４０（付点領域）（dotted regions）であってもよい。駆動素子および非駆動素子は、前記に定義された通りである。平衡素子は、平衡電圧信号が印加される素子である。図１３に、ＡＣ電圧信号の場合における平衡電圧信号の例を示す。図示されているように、平衡信号は、非駆動素子に印加される電圧信号と位相が一致している。平衡信号の大きさは、非駆動素子に印加される電圧信号と比較してある程度大きいが、駆動素子を駆動するための駆動電圧よりも小さい。（ｉ）平衡電圧信号の大きさ、または、（ｉｉ）駆動パターンにおける平衡素子の数、を調整することにより、液滴の電圧ＶＬＤは、コモン基準電極に印加される電圧信号の電圧ＶＥ２に等しく設定されうる。従って、第２疎水性コーティング層における電位差、および、第２疎水性コーティング層における電界は、０まで低減される。
【００５１】
本発明のさらなる実施形態において、上述の実施形態のうちいずれかに記載の液滴駆動方法が、第２コモン基準電極を有しないＥＷＯＤ装置に適用される。本実施形態に記載の方法の有利な点は、より簡易な装置構成を採用できることである。これにより、ＥＷＯＤ装置の製造コストを軽減できる。
【００５２】
図１４は、第２コモン電極構成を有しないＥＷＯＤ装置１４００の構成を示す。当該装置は、第１基板１４３０と、第２基板１４３６と、流体ギャップ１４３５を形成するように当該２つの基板の間に配置されたスペーサ１４３２と、を備える。第１基板１４３０は、個別の素子電極１４３９内にパターニングされた素子電極１４３８のセットと、絶縁層１４２０と、第１疎水性コーティング層１４１６と、を備える。第２基板１４３６は、第２疎水性コーティング層１４２６によってコーティングされている。流体ギャップは、フィラー流体１４３４および液滴１４０４によって充填される。あるいは、第２基板１４３６および第２疎水性コーティング層１４２６は、基板に置き換えられてもよい。フィラー流体１４３４および液滴１４０４と接触する当該基板の表面は、疎水性である。液滴１４０４の位置に対応する素子電極に電圧信号が印加された場合、液滴の電圧は、図１５に示される数式によって規定されるレベルになる。図１５の数式のセットの記号は、前述のようにＶ０に関連して使用される。Ｖ０は、液滴の初期電位を示す。当該初期電位は、０であってよい。液滴１４０４の駆動は、駆動電圧ＶＡＣＴがエレクトロウェッティング閾値電圧ＶＥＷを超えた場合に発生する。駆動電圧ＶＡＣＴは、液滴の接触線の領域における、液滴と素子電極との間の電位差である。
【００５３】
あるいは、図１６に示される形状の反転駆動パターンが、本実施形態のＥＷＯＤ装置１４００と併せて使用されてもよい。一般的に、反転駆動パターンにおいて、パターン生成器は、ある駆動パターンを生成するように構成されている。当該駆動パターンにおいて、（ｉ）接触線の位置に存在する領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する領域、の少なくとも一部の中に位置する素子は駆動されない。また、当該駆動パターンにおいて、（ｉ）接触線の位置に存在する領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する領域、の一部の中に位置しない素子が駆動される。
【００５４】
図１６には、反転駆動パターンに関するこの液滴駆動方法を使用する駆動パターンが示されている。ＥＷＯＤ装置１４００の素子のアレイ１６００の領域上の駆動パターン１６０５のアレイ素子は、２５個の素子（５個の素子×５個の素子）分のエリア（面積）を占める液滴１６１０に対応する。当該アレイ素子は、（ｉ）非駆動素子１６２０（無地領域）であってもよいし、または、（ｉｉ）駆動素子１６３０（斜線領域）であってもよい。駆動素子は、駆動電圧信号が印加される素子である。非駆動素子は、駆動電圧信号が印加されない素子である。つまり、非駆動素子は、（ｉ）印加されている電圧信号がエレクトロウェッティング閾値電圧よりも小さい素子、または、（ｉｉ）素子電極が電気的に絶縁されているもしくはフローティング状態にある素子である。駆動素子は、液滴の中央領域の少なくとも一部に位置する。つまり、駆動素子は、接触線の領域内に位置しない。本例において、駆動素子の数は９であり、中央領域内の素子の全てが駆動素子である。非駆動素子の数は１６であり、接触線の領域内の素子の全てが非駆動である。図１５の数式のセットに従って、Ｖ０＝０と想定した場合、液滴の電圧は、
ＶＬＤ＝１／２５×９．ΔＶＥ１
となる。
【００５５】
印加される電圧ΔＶＥ１の大きさが、液滴の接触線の領域において、液滴とおよび素子との間の電位差がエレクトロウェッティング閾値電圧を超える（つまり、｜ＶＬＤ―ＶＥ１（非駆動）｜＞｜ＶＥＷ｜となる）ように十分に大きければ、液滴は駆動される。
【００５６】
図１７には、別の反転駆動パターンがさらなる例によって示されている。ＥＷＯＤ装置１４００の素子のアレイ１７００の領域上の駆動パターン１７０５のアレイ素子は、２５個の素子（５個の素子×５個の素子）分のエリア（面積）を占める液滴１７１０に対応する。当該アレイ素子は、（ｉ）非駆動素子１７２０（無地領域）であってもよいし、または、（ｉｉ）駆動素子１７３０（斜線領域）であってもよい。駆動素子および非駆動素子は、前記に定義された通りである。非駆動素子は、液滴の接触線の領域の少なくとも一部に対応してもよい。駆動素子は、液滴の接触線の領域または液滴の中央領域に対応してもよい。また、駆動素子は、液滴の近傍に位置し、かつ、当該液滴の外側に位置する領域に対応してもよい。本例において、非駆動素子の数は５であり、液滴領域内における駆動素子の数は２０である。図１５の数式のセットに従って、Ｖ０＝０と想定した場合、液滴の電圧は、
ＶＬＤ＝１／２５×２０．ΔＶＥ１
となる。
【００５７】
従って、液滴駆動に必要な駆動電圧信号の大きさは、前述の例と比較して低減されうる。液滴と駆動素子との間の電位差がエレクトロウェッティング閾値電圧よりも小さければ（つまり、｜ＶＬＤ−ＶＥ１（駆動）｜＜｜ＶＥＷ｜であれば）、エレクトロウェッティング力は、所望の通り、非駆動素子に対応する接触線の領域内における液滴のみに印加される。
【００５８】
本発明のさらなる実施形態において、上述の実施形態に記載の液滴駆動方法は、第２基板を有しないＥＷＯＤ装置に適用される。第２基板は、例えば流体をＥＷＯＤ装置内に投入するためのポート（つまりホール）を設けるために、完全に存在しないか、または素子のアレイの一部の上においてのみ存在しない。図１８は、第２基板を有しないＥＷＯＤ装置１８００の構成を示す。当該装置は、第１基板１８３０と、絶縁層１８２０と、第１疎水性コーティング層１８１６と、を備える。当該第１基板１８３０上には、個別の素子電極１８３９内にパターニングされた素子電極１８３８のセットが形成されている。液滴１８０４は、上記の液滴駆動方法に基づいて電圧信号を素子電極１８３８のセットに印加することによって、第１疎水性コーティング層１８１６の表面上で操作されうる。特に、上記の反転駆動パターンを使用して、ＥＷＯＤ装置１８００において液滴を操作することは有利な点となりうる。
【００５９】
このように、本発明の一態様は、改良されたマイクロ流体システムおよび関連する制御方法である。例示的な実施形態において、上記マイクロ流体システムは、（ｉ）誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）装置内において液滴を操作するために駆動可能な素子のアレイを含むＥＷＯＤ装置と、（ｉｉ）上記素子のアレイにおける上記素子の一部を駆動するための駆動パターンを生成するパターン生成器と、（ｉｉｉ）上記駆動パターンに基づいて、上記素子のアレイにおける素子を駆動するための電圧信号を生成する信号生成器と、を備えている。上記パターン生成器は、上記液滴を含む上記素子のアレイの領域内において、駆動パターンを生成する。上記駆動パターンは、第１電圧信号と第２電圧信号とを含む。上記第１電圧信号は、（ｉ）上記素子のアレイに対する上記液滴の接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の一部の中に存在する素子に印加される。上記第２電圧信号は、（ｉ）上記接触線の位置に存在しない上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接しない上記領域、の一部の中に存在する素子に印加される。上記第１電圧信号と第２電圧信号とは異なっている。マイクロ流体システムは、下記の構成のうちの１つ以上を、個別にまたは組み合わせて備えてもよい。
【００６０】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、上記パターン生成器は、駆動パターンを生成する。上記駆動パターンでは、（ｉ）上記接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の少なくとも一部の中に存在する素子が駆動される。また、上記駆動パターンでは、（ｉ）上記接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の上記一部の中に存在しない素子が駆動されない。
【００６１】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、上記パターン生成器は、駆動パターンを生成する。上記駆動パターンでは、上記接触線の全体の周囲に位置する素子が駆動される。また、上記駆動パターンでは、上記接触線から離間した素子が駆動されない。
【００６２】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、駆動される上記素子に対しての、上記接触線から離間した駆動されない上記素子の割合は、５０％以上である。
【００６３】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、上記パターン生成器は、上記信号生成器が上記電圧信号を印加する場合に、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴に対する液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成する。
【００６４】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、上記パターン生成器は、上記信号生成器が上記電圧信号を印加する場合に、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴を移動させる液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成する。上記駆動パターンのシーケンスは、第１駆動パターンを適用する工程と、第２駆動パターンを適用する工程と、を含む。上記第１駆動パターンは、（ｉ）上記接触線の位置に存在する駆動される素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した駆動されない素子を含む。上記第２駆動パターンは、駆動される素子および駆動されない素子に関して、上記第１駆動パターンに対応する。上記第２駆動パターンは、上記第１駆動パターンに対して、素子１つ分だけシフトされている。上記第１駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。上記第２駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第２駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。
【００６５】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、上記第１駆動パターンは、上記接触線の位置に存在する全ての上記素子よりも少数の、駆動される素子を含む。
【００６６】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、上記パターン生成器は、上記信号生成器が上記電圧信号を印加する場合に、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴を分離する液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成する。上記駆動パターンのシーケンスは、第１駆動パターンを適用する工程と、上記第１駆動パターンに対応する後続する駆動パターンを適用する工程と、を含む。上記第１駆動パターンは、（ｉ）上記液滴の両側において上記接触線の位置に存在する駆動される素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した駆動されない素子を含む。上記後続する駆動パターンは、駆動される素子および駆動されない素子に関して、上記第１駆動パターンに対応する。上記後続する駆動パターンは、上記第１駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に順次にシフトされている。上記第１駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。上記後続する駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該後続する駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。その結果、上記液滴が分離される。
【００６７】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、上記パターン生成器は、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴を分離する液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成する。上記駆動パターンのシーケンスは、第１駆動パターンを適用する工程と、第２駆動パターンを適用する工程と、第３駆動パターンを適用する工程と、第４駆動パターンを適用する工程と、を含む。上記第１駆動パターンは、（ｉ）上記液滴の両側において上記接触線の位置に存在する駆動される素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した駆動されない素子を含む。上記第２駆動パターンは、駆動される素子および駆動されない素子に関して、上記第１駆動パターンに対応する。上記第３駆動パターンは、駆動される素子および駆動されない素子に関して、上記第２駆動パターンに対応する。上記第４駆動パターンは、駆動される素子および駆動されない素子に関して、上記第３駆動パターンに対応する。上記第２駆動パターンは、上記第１駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされている。上記第３駆動パターンは、上記第２駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされている。上記第４駆動パターンは、上記第３駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされている。上記第１駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。上記第２駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第２駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。上記第３駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第３駆動パターンに基づいて電圧信号を生成しする。上記第４駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第４駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。その結果、上記液滴が分離される。
【００６８】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、上記パターン生成器は、駆動パターンを生成する。上記駆動パターンでは、（ｉ）上記接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の上記一部の中に存在しない上記素子の一部に印加される電圧信号が、平衡電圧を含む。上記平衡電圧は、駆動される上記素子を駆動するための駆動電圧よりも小さい。
【００６９】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、上記パターン生成器は、駆動パターンを生成する。上記駆動パターンでは、（ｉ）上記接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の上記少なくとも一部の中に存在する素子が駆動されない。また、上記駆動パターンでは、上記接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の上記一部の中に存在しない素子が駆動される。
【００７０】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、上記素子のアレイは、上記信号生成器が上記電圧信号を印加する個々の電極素子の内部にパターニングされた素子電極のセットを含む。
【００７１】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、上記素子のアレイは、上記素子電極のセットが設けられた第１基板を含む。
【００７２】
上記マイクロ流体システムの例示的な実施形態において、当該システムは、上記液滴の境界を構成する上記接触線を判定するために、上記ＥＷＯＤ装置内における上記液滴の位置を追跡する液滴位置検出器をさらに備える。
【００７３】
本発明の別の一態様は、誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）装置を備えるマイクロ流体システムにおいて液滴操作を行う方法である。上記ＥＷＯＤ装置は、当該ＥＷＯＤ装置内において液滴を操作するために駆動可能な素子のアレイを有する。例示的な実施形態において、上記方法は、（ｉ）上記素子のアレイにおける上記素子の一部を駆動するための駆動パターンを生成する工程と、（ｉｉ）上記駆動パターンに基づいて、上記素子のアレイにおける素子を駆動するための電圧信号を印加する工程と、を含む。上記駆動パターンは、上記液滴を含む上記素子のアレイの領域内に印加される電圧信号を含む。上記駆動パターンは、第１電圧信号と第２電圧信号とを含む。上記第１電圧信号は、（ｉ）上記素子のアレイに対する上記液滴の接触線の位置に存在する上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接する上記領域、の一部の中に存在する素子に印加される。上記第２電圧信号は、（ｉ）上記接触線の位置に存在しない上記領域、または、（ｉｉ）当該接触線に隣接しない上記領域、の一部の中に存在する素子に印加される。上記第１電圧信号と第２電圧信号とは異なっている。上記方法は、下記の構成のうちの１つ以上を、個別にまたは組み合わせて備えてもよい。
【００７４】
上記方法の例示的な実施形態において、上記駆動パターンを生成する工程は、上記信号生成器が上記電圧信号を印加する場合に、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴を移動させる液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成する工程を含む。上記駆動パターンのシーケンスは、第１駆動パターンを適用する工程と、第２駆動パターンを適用する工程と、を含む。上記第１駆動パターンは、（ｉ）上記接触線の位置に存在する駆動される素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した駆動されない素子を含む。上記第２駆動パターンは、駆動される素子および駆動されない素子に関して、上記第１駆動パターンに対応する。上記第２駆動パターンは、上記第１駆動パターンに対して、素子１つ分だけシフトされている。上記第１駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。上記第２駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第２駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。
【００７５】
上記方法の例示的な実施形態において、上記駆動パターンを生成する工程は、上記信号生成器が上記電圧信号を印加する場合に、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴を分離する液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成する工程を含む。上記駆動パターンのシーケンスは、第１駆動パターンを適用する工程と、上記第１駆動パターンに対応する後続する駆動パターンを適用する工程と、を含む。上記第１駆動パターンは、（ｉ）上記液滴の両側において上記接触線の位置に存在する駆動される素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した駆動されない素子を含む。上記後続する駆動パターンは、駆動される素子および駆動されない素子に関して、上記第１駆動パターンに対応する。上記後続する駆動パターンは、上記第１駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に順次にシフトされている。上記第１駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。上記後続する駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該後続する駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。その結果、上記液滴が分離される。
【００７６】
上記方法の例示的な実施形態において、上記駆動パターンを生成する工程は、上記信号生成器が上記電圧信号を印加する場合に、上記ＥＷＯＤ装置内の液滴を分離する液滴操作を行うための、駆動パターンのシーケンスを生成する工程を含む。上記駆動パターンのシーケンスは、第１駆動パターンを適用する工程と、第２駆動パターンを適用する工程と、第３駆動パターンを適用する工程と、４駆動パターンを適用する工程と、を含む。上記第１駆動パターンは、（ｉ）上記液滴の両側において上記接触線の位置に存在する駆動される素子、および、（ｉｉ）当該接触線から離間した駆動されない素子を含む。上記第２駆動パターンは、駆動される素子および駆動されない素子に関して、上記第１駆動パターンに対応する。上記第３駆動パターンは、駆動される素子および駆動されない素子に関して、上記第２駆動パターンに対応する。上記第４駆動パターンは、駆動される素子および駆動されない素子に関して、上記第３駆動パターンに対応する。上記第２駆動パターンは、上記第１駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされている。上記第３駆動パターンは、上記第２駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされている。上記第４駆動パターンは、上記第３駆動パターンに対して、上記接触線の両側において互いに反対方向に素子１つ分だけシフトされている。上記第１駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第１駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。上記第２駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第２駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。上記第３駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第３駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。上記第４駆動パターンを適用する工程において、上記信号生成器は、当該第４駆動パターンに基づいて電圧信号を生成する。その結果、上記液滴が分離される。
【００７７】
上記方法の例示的な実施形態において、上記方法は、上記ＥＷＯＤ装置の素子のアレイ上における液滴の液滴位置を特定する工程をさらに含む。当該工程は、上記液滴の境界を構成する接触線を判定する工程を含む。
【００７８】
本発明の別の一態様は、誘電体エレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）装置の素子アレイ上の液滴の液滴操作を行うために、当該素子アレイのアレイ素子に印加される駆動電圧を制御するための処理装置によって実行されるプログラムコードを保存する、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体である。上記プログラムコードは、上記制御方法の各工程を実行するために、上記処理装置によって実行可能である。
【００７９】
ある特定の実施形態（または複数の実施形態）に沿って、本発明を示し、説明してきたが、本明細書および添付図面から読み取ることができ、かつ、理解できる点において、等価な代替および変形が当業者によってなされることは明らかである。特に、上述の説明された要素（コンポーネント、アセンブリ、装置、組成）によって発揮される様々な機能に関して、上記要素を説明するために用いられた用語（「手段」への言及を含む）は、たとえ本発明の実施形態（または複数の実施形態）に例示される機能を発揮する開示された構造と厳密に等価でなくとも、別のものが示唆されない限り、前述した要素（すなわち、機能的に等価なもの）の特定の機能を発揮する他の要素にも対応することを意味する。また、いくつかの例示された実施形態のうちの１つだけまたは複数に関して、本発明の特定の構成を説明したに過ぎず、所与のまたは特定の任意の応用に対して、好ましくもあり、有益でもあるように、他の実施形態に係る１つまたは複数の他の構成と上記構成とを組み合わせることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、マイクロ流体装置の内部において液滴を駆動する方法に適用される。より具体的には、本発明は、アクティブマトリクス誘電体エレクトロウェッティング（ＡＭ−ＥＷＯＤ）デジタルマイクロ流体装置の内部において液滴を駆動する方法に適用される。このような装置は、化学的または生物学的反応、検査等を行うために使用されてもよい。応用例には、ヘルスケア診断検査、物質検査、化学的または生化学的物質の合成、プロテオミクス、ライフサイエンスおよび法医科学における研究ツールが含まれてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
４  液滴
６  接触角，θ
１６  下部疎水性コーティング
２０  絶縁層
２６  上部疎水性コーティング
２８  コモン基準電極
３０  下層基板
３２  スペーサ
３４  無極性の流体
３５  流体ギャップ
３６  上層基板
３８  下部電極
３８Ａ  第１下部電極
３８Ｂ  第２下部電極
２００  ＥＷＯＤ装置
２０４  液滴
２１６  第１疎水性コーティング層
２２０  絶縁層
２２６  第２疎水性コーティング層
２２８  コモン基準電極
２３０  第１基板
２３２  スペーサ
２３４  フィラー流体
２３５  流体ギャップ
２３６  第２基板
２３８  素子電極のセット
２３９  素子電極
２９０  素子のアレイ
２９２Ａ−２９２Ｆ  アレイの素子
３１０  ハードウェアコントローラ
３１２  信号生成ユニット
３１４  液滴位置検出器
３２０  処理ユニット
３２２  パターン生成ユニット
３２４  データ分析ユニット
３２６  メモリユニット
３２８  操作スケジューラ
４０５  抵抗ＲＥ２
４１０  キャパシタＣＨＣ２
４１５  抵抗ＲＦＦ
４１７  抵抗ＲＬＤ
４２０  キャパシタＣＦＦ
４２２  キャパシタＣＬＤ
４２５  キャパシタＣＨＣ１
４３０  キャパシタＣＩＮＳ
４３５  抵抗ＲＥ１
６００  素子のアレイ
６０５  駆動パターン
６１０  液滴
６２０  非駆動素子
６３０  駆動素子
７１０  流体操作の第１工程
７１５  流体操作の第２工程
７２０  流体操作の第３工程
７２５  流体操作の第４工程
８１０  素子のアレイ
８２０  液滴
８３０  駆動パターン
９００  駆動パターン
９１０  非駆動素子
９２０  駆動素子
９３０  液滴
９４０  さらに別の駆動パターン
９４５  さらに別の駆動パターン
９５０  さらに別の駆動パターン
９５５  さらに別の駆動パターン
９６０  さらに別の駆動パターン
１０１０  素子のアレイ
１０２０  液滴
１０３０  第１駆動パターン
１０４０  第２駆動パターン
１０５０  第３駆動パターン
１０６０  第４駆動パターン
１２００  素子のアレイ
１２０５  駆動パターン
１２１０  液滴
１２２０  非駆動素子
１２３０  駆動素子
１２４０  平衡素子
１４００  ＥＷＯＤ装置
１４０４  液滴
１４１６  第１疎水性コーティング層
１４２０  絶縁層
１４２６  第２疎水性コーティング層
１４３０  第１基板
１４３２  スペーサ
１４３４  フィラー流体
１４３５  流体ギャップ
１４３６  第２基板
１４３８  素子電極のセット
１４３９  素子電極
１６００  素子のアレイ
１６０５  駆動パターン
１６１０  液滴
１６２０  駆動素子
１６３０  非駆動素子
１７００  素子のアレイ
１７０５  駆動パターン
１７１０  液滴
１７２０  非駆動素子
１７３０  駆動素子
１８００  ＥＷＯＤ装置
１８０４  液滴
１８１６  第１疎水性コーティング層
１８２０  絶縁層
１８３０  第１基板
１８３８  素子電極のセット
１８３９  素子電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１０Ｉ】
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【図１０Ｊ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
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