(57)【要約】  分注方法および分注用装置。開口（８）を有するディスペンサ（３）を用いて、表面の領域（２）上に第１の流体の層を設ける方法。本方法は、表面上に、第１の流体と非混和性である第２の流体（７）の層を設けるステップを備える。本方法はまた、領域の上方の第２の流体中にディスペンサの開口を配置するステップと、第３の流体（９）によって支援される、第１の流体（６）を開口から分注して第１の領域上に沈積させるステップとを備え、第３の流体は第１の流体と非混和性である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する第１のディスペンサを用いて、表面の第１の領域上に第１の流体の層を設ける方法であって、
前記表面上に、前記第１の流体と非混和性である第２の流体の層を設けるステップと、
前記第１の領域の上方の前記第２の流体中に前記第１のディスペンサの前記開口を配置するステップと、
前記第１の流体を前記開口から分注して前記第１の領域上に沈積させるステップと、
を備え、
前記分注を第３の流体で支援し、前記第３の流体が前記第１の流体と非混和性である、方法。
【請求項２】
前記第２の流体中に配置された開口を有する第２のディスペンサを使用して前記第３の流体を加える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第３の流体を前記第２のディスペンサの前記開口から加えて、前記開口と前記表面の間に前記第３の流体の小球体を形成するステップを備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のディスペンサが、前記表面を走査するときに前記第２のディスペンサに先行する、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記第３の流体が、前記第１のディスペンサの前記開口から加えられる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第３の流体を前記開口から分注して、前記開口と前記表面の間に前記第３の流体の小球体を形成するステップと、
前記第１の流体を前記開口から分注して、前記第２の流体と前記第３の流体の間の界面に沿って移動させ、前記第１の領域上に沈積させるステップと
を備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の領域が、前記第１の流体に対してよりも前記第２の流体に対してより低い濡れ性を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の流体および前記第２の流体が液体であり、前記第３の流体が気体である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の流体が、極性または導電性である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記気体が空気である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の領域が隣接する第２の領域を有していて、前記第２の領域が前記第１の流体に対してよりも前記第２の流体に対してより高い濡れ性を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記表面が、第２の領域によって分離されかつパターンを形成する複数の第１の領域を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記パターンまたは前記パターンのサブパターンが、装飾機能を有するかまたは標識として機能する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ディスペンサの前記開口の最大寸法が、前記第１の領域の最小寸法より小さい、請求項１、２または５に記載の方法。
【請求項１５】
前記ディスペンサの前記開口の最大寸法が、前記第１の領域の最小寸法より大きい、請求項１、２または５に記載の方法。
【請求項１６】
前記ディスペンサの前記開口が、細長い形状を有する、請求項１、２、５または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記開口および前記表面が、互いに、前記細長い形状の長軸線に対して実質的に垂直な方向に移動する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記表面が、第２の領域によって分離されかつパターンを形成する複数の第１の領域を備え、前記細長い形状の前記長軸線が、前記長軸線と平行な前記パターンの寸法と少なくとも同じ長さを有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１の領域と第２の領域の間の境界線と、前記境界線の上を通過する前記第２の流体と前記第１の流体の間の先行界面の局所方向とが、ゼロでない角度をなす、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のディスペンサを前記表面の上で１回または複数回走査するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記表面が第１の基板の一部であり、前記方法が、前記第１の基板と前記第２の基板の間に前記第１の流体および前記第２の流体を含む空間を画定する前記第２の基板を設けるステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の基板および前記第２の基板が、エレクトロウェッティング素子を形成する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法を用いて表面の第１の領域上に第１の流体の層を設けるための開口を有する第１のディスペンサを備える装置。
【請求項２４】
前記第３の流体を加えるための開口を有する第２のディスペンサを備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１のディスペンサに、前記第１の流体用の第１の入力部と前記第３の流体用の第２の入力部とが設けられる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記ディスペンサの前記開口が細長い、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記ディスペンサおよび前記表面を互いに移動させるための移動ステージを備える、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１の流体および前記第３の流体を制御するためのコントローラを備える、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記ディスペンサの前記表面上方の高さを制御するためのコントローラを備える、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスペンサを用いて表面の第１の領域上に第１の流体の層を設ける方法に関する。本発明はまた、その方法を実行するための装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
国際出願ＷＯ２００５／０９８７９７号は、エレクトロウェッティングディスプレイの製作に特に適した、基板の表面上に油層を設ける方法を開示している。表面は、最初に水の層で覆われる。ディスペンサは、その開口が水層中にかつ表面の上方にある。油がディスペンサの中に供給され、油滴が開口と表面の間に形成される。表面は、第２の親水性領域で取り囲まれた第１の疎水性領域を含む。ディスペンサが表面の上を移動したとき、その油滴は、第１および第２の領域の上で引っ張られ、第１の領域上の水が油の層に置き換わり、第２の領域上に水が残る。
【０００３】
この油層を設ける方法の欠点は、油層の厚みの制御が困難なことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一目的は、油層の厚みの制御を容易にすることができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、開口を有する第１のディスペンサを用いて、表面の第１の領域上に第１の流体の層を設ける方法であって、
表面上に、第１の流体と非混和性である第２の流体の層を設けるステップと、
第１の領域の上方の第２の流体中に第１のディスペンサの開口を配置するステップと、
第１の流体を支援される開口から分注して第１の領域上に沈積させるステップと
を備え、
分注を第３の流体で支援し、第３の流体が第１の流体と非混和性である、方法によって達成される。
【０００６】
第３の流体の追加は、表面上への第１の流体の堆積を制御するための付加的な自由度を与える。具体的には、第３の流体は、例えば第２の流体の層を設ける間に表面上に捕捉された空気のポケットを除去するために使用することができる。ポケットの除去は、表面上への第１の流体の堆積を改善する。非混和性は、第１の流体だけが、支援する第３の流体を含むことなく堆積されるようにするとともに、第３の流体の効果が、第１の流体と混合することよって影響を受けないようにする。本方法の安定性は、第２の流体と第３の流体がやはり非混和性である場合に増大する。
【０００７】
本方法の第１の実施形態では、第３の流体は、第２の流体中に配置された開口を有する第２のディスペンサを使用して加えられる。捕捉されたポケットの除去は、第１の流体の層を設けるのとは別個に実施されうる。例えば、第２のディスペンサが表面の上で１回または複数回走査され、続いて第１のディスペンサが１回または複数回走査されうる。第２の流体と第３の流体が非混和性である場合、第２の流体と第３の流体の混合が回避される。
【０００８】
第３の流体は、第２のディスペンサの開口から加えられて、開口と表面の間に第３の流体の小球体を形成することができる。小球体は、表面上に捕捉された例えば空気のポケットを除去するのに有効であると見られる。
【０００９】
第２の流体中に配置される開口を有する第２のディスペンサは、第１のディスペンサおよび第１の流体とは無関係に適用することもでき、捕捉された例えば空気のポケットを表面から除去するために使用することができる。
【００１０】
第２のディスペンサは、表面を走査するときに第１のディスペンサに先行してもよいが、第１のディスペンサは、表面を走査するときに第２のディスペンサに先行すると有利である。第１の流体の層が表面上に堆積されているとき、捕捉されたポケットは、第１の流体がまだ堆積されていないときよりも第３の流体の小球体によって除去される可能性が高い。さらに、それにより、第１の流体の堆積層の厚みはより均一になる。
【００１１】
本方法の第２の実施形態では、第３の流体は、第１のディスペンサの開口から加えられる。この場合、第３の流体の量および位置は、第１の流体の堆積の量および方法に影響を及ぼすように調節することができる。それにより、第１の流体の堆積層の厚み、特に厚みの均一性の制御を改善することができる。第２の実施形態の特別バージョンでは、本方法は、
第３の流体をディスペンサの開口から分注して、開口と表面の間に第３の流体の小球体を形成するステップと、
第１の流体を開口から分注して、第２の流体と第３の流体の間の界面に沿って移動させ、第１の領域上に沈積させるステップと
を備える。
【００１２】
第３の流体の小球体とディスペンサの開口と表面との間の界面は、第１の流体がディスペンサの開口から表面に移動する経路となる。第１の領域上に堆積される第１の流体の量は、小球体のサイズによって制御することができる。小球体が大きくなるほど、第１の領域上の第１の流体の層は厚くなる。この充填は、多くの応用例において、堆積された第１の層の、例えばドクターブレードによる充填後レベリングがもはや必要ないくらい正確に制御することができる。
【００１３】
第１の流体の堆積は、第１の領域が第１の流体に対してよりも第２の流体に対してより低い濡れ性を有すると改善される。濡れ性の差は、表面上での第１の流体による第２の流体の置き換えを容易にする。
【００１４】
第１、第２および第３の流体は、液体とすることができる。本方法の特別な実施形態では、第１の流体は第１の液体であり、第２の流体は第２の液体であり、第３の流体は気体である。気体と第２の液体の間の界面は、第１の液体がディスペンサから表面に移動する良質な経路を形成する。
【００１５】
第２の流体が極性または導電性である場合、第１および第２の流体が設けられかつ基板の一部を形成する表面は、エレクトロウェッティングディスプレイなどの切換可能な光学素子での使用に特に適している。
【００１６】
気体は、良好な小球体を偶然形成する空気とすることができる。第２の流体を表面上に分注することまたは表面を有する品目を第２の流体中に浸漬することのどちらかにより、第２の流体の層が表面に塗布されたとき、空気ポケットは、第２の流体に対して濡れ性が低いために、第１の領域上に捕捉されうる。第１の流体を分注する間、ディスペンサと表面の間の空気の小球体は捕捉されたポケットと一体になり、それによって空気ポケットを第１の領域から解放し、その領域全体を第１の流体にとって利用可能にする。ディスペンサが表面の上で移動したとき、小球体は、捕捉された空気ポケットの清浄器として機能する。
【００１７】
本方法は、第１の領域が隣接する第２の領域を有していて、第２の領域が第１の流体に対してよりも第２の流体に対してより高い濡れ性を有する表面上に第１の流体を塗布するために有利に使用することができる。この濡れ性の差により、第１の流体は、第１の領域に優先的に付着し、第２の領域には付着しない。同様に、第２の流体は、依然として第２の領域に付着したままであり、第１の領域からは追い払われる。その結果、第１の領域は、厚みがとりわけ小球体のサイズに依存する第１の流体の層で覆われ、第２の領域は、依然として第２の流体で覆われたままである。
【００１８】
第１の領域のサイズが小さい場合、堆積された第１の流体は、形状が半球形に近づくと推定することができる。そのような湾曲した堆積物も「第１の流体の層」という用語で網羅される。
【００１９】
第１および／または第２のディスペンサの開口の最大寸法が第１の領域の最小寸法より小さい場合、各領域は、第１の領域毎に異なっていてもよい第１の層の所望の厚みを得るように正確に充填することができる。
【００２０】
第１および／または第２のディスペンサの開口の最大寸法が第１の領域の最小寸法より大きい場合、いくつかの隣接する第１の領域を同時に充填することができ、それによって堆積速度を上げることができる。
【００２１】
開口が細長い形状を有することにより、第１のディスペンサの１回の掃引で第１の領域に充填したり、第２のディスペンサの１回の掃引で空気を除去したりすることができる。領域または領域のパターンは、格子状パターンの領域の上でディスペンサを段階的または連続的に移動させることによって充填されうる。細長いディスペンサを表面の上で掃引することによって充填することにより、移動が少なくて済み、堆積プロセスの速度を上げることができる。小球体の境界、すなわち表面上の第１および第２の流体間の界面ラインの法線が移動方向と平行でない小球体の部分は、堆積層の厚みの局所的な不均一性を引き起こす可能性がある。細長いディスペンサにより、境界を、第１の流体が堆積されるべき第１の領域の外側に保ち、それによって第１の領域上の堆積層の厚みの不均一性を回避することができる。
【００２２】
第１のディスペンサの開口および表面が、互いに、好ましくは細長い形状の長軸線に対して実質的に垂直な方向に移動したとき、最大領域がディスペンサの１回の掃引で覆われる。
【００２３】
本方法は、第２の領域によって分離されかつパターンを形成する複数の第１の領域を含む表面上に第１の層を堆積させるのに特に適している。第１の層の均一な厚みは、第１の流体が細長い開口を有するディスペンサによって堆積されたときに達成される。開口の細長い形状の長軸線は、長軸線と平行なパターンの寸法と少なくとも同じ長さを有することが好ましい。第１の流体がパターン上に複数回の掃引で堆積され、小球体の一部が第１の領域の上を２回通過したとき、第１の領域上に堆積された層の厚みは、小球体が１回しか通過していない第１の領域とは異なる。したがって、この厚みは、パターンが細長いディスペンサの１回の掃引で充填されたときに、より小さいディスペンサの複数回の掃引で充填されるよりも均一になる。
【００２４】
本方法の特別な実施形態では、第１の領域と第２の領域の間の境界線と、その境界線の上を通過する第２の流体と第１の流体の間の先行界面の局所方向とが、ゼロでない角度をなす。第１および／または第２のディスペンサの開口と表面との間の先行界面が、第１の領域と第２の領域の間の境界線と接する線を形成したとき、流体界面は境界線上にピン留めされて、第１の流体の堆積層の厚みのむらを引き起こす傾向がある。境界線が界面と非ゼロ角度をなしたとき、線接触はもはや存在せず、ピン留めをほとんど示さない点接触だけが存在する。その結果、第１の流体の堆積層の厚みはより均一になる。５°以上の角度は、均一性の顕著な改善をもたらす。２０°以上の角度では非常に良い均一性が得られる。
【００２５】
ディスペンサの開口が長方形である場合、先行界面の局所方向は開口の長軸線と平行である。したがって、第１の領域の長方形パターンが、その境界線が長軸線と非ゼロ角度の状態で配置されるべきである。
【００２６】
上記の斜め走査は、３流体堆積法にとって有利なだけでなく、第１の流体が第３の流体を加えずに第２の流体中に分注される２流体堆積法にとっても堆積層の厚みの均一性を改善する。この利点は、第１の流体を第２の流体なしに堆積させるディスペンサ、または第２の流体の中に第３の流体だけを加えるディスペンサにも適用される。後者の場合、第２の流体と第３の流体の間の先行界面の方向は、第２の流体と第１の流体の間の先行界面の方向の代わりに該当する。
【００２７】
第１のディスペンサは、第１の流体の層を堆積させるために表面の上で１回走査されうる。層の厚みのより高い均一性は、第１のディスペンサが表面を２回以上走査されたときに達成される。最初の走査の間、第１の流体は表面上に堆積され、後続の１回または複数回の走査の間、第１の流体は、最初の走査で過少に堆積された場合に第１の流体を補うことによって、また過剰に堆積された場合に第１の流体を除去することによって表面全体にわたって再分散される。第１および第２のディスペンサが使用される場合、第１のディスペンサに続く第２のディスペンサの１回または複数回の走査もまた、厚みの均一性を高める。
【００２８】
第１および第２の流体層が設けられた表面は、その表面が第１の基板の一部である場合に閉鎖系に変換することができ、第１の基板と第２の基板の間に第１の流体および第２の流体を含む空間を画定する第２の基板が設けられる。
【００２９】
本発明の第２の態様は、本発明による方法を用いて表面の第１の領域上に第１の流体の層を設けるための開口を有する第１のディスペンサを備える装置に関する。
【００３０】
本装置の第１の実施形態では、開口を有する第２のディスペンサが、第３の流体を加えるために設けられる。
【００３１】
本装置の第２の実施形態では、第１のディスペンサに、第１の流体用の第１の入力部と第３の流体用の第２の入力部とが設けられて、第１の流体の量と第３の流体の小球体のサイズとを制御し、それによって表面上に堆積された第１の流体の量を制御することができる。
【００３２】
本装置の特別な実施形態では、第１および／または第２のディスペンサの開口は細長い。本装置は、ディスペンサおよび表面を互いに移動させるための移動ステージを有利に備える。
【００３３】
本装置が第１の流体および第３の流体を制御するためのコントローラを備える場合、第１の流体の堆積層の厚みは、堆積層の厚みの精度を上げるように制御することができる。コントローラは、第１の流体および／または第３の流体の量を制御することができる。コントローラに対する入力は、堆積層の厚みを決定する測定装置あるいは第３の流体の小球体の形状および／またはサイズを決定する測定装置によって提供された値とすることができる。コントローラは、本装置の操作者からの手動入力を使用することもできる。
【００３４】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面を参照しながらなされる、単に例として与えられる本発明の好ましい実施形態についての以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】空気小球体を使用して油を表面上に分注するための本発明による装置を示す図である。
【図２】油をパターン付き表面上に分注するためのディスペンサを示す図である。
【図３】油をパターン付き表面上に分注するためのディスペンサを示す図である。
【図４】細長いディスペンサを有する装置を示す図である。
【図５】（ａ）は表面を走査するための第１の方向を示す図、（ｂ）は表面を走査するための第２の方向を示す図、（ｃ）は表面を走査するための第３の方向を示す図である。
【図６】エレクトロウェッティング素子の断面を示す図である。
【図７】装置用のコントローラを示す図である。
【図８】油を分注するためのディスペンサと空気を加えるための別のディスペンサとを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、第１の流体を表面上に分注するための本発明による装置の第１の実施形態を断面で示す。プレート１は、第１の流体の層が堆積されるべき表面２を有する。中心流路４を有する注射針３の形をしたディスペンサが、表面の上で方向５に移動させられる。第１の流体６は流路４を介して供給される。表面２は第２の流体７の層で覆われる。針は円形開口８を有し、円形開口８は、動作中、第２の流体の中にかつ表面２の上方に位置する。第３の流体９は、一部が流路４内に位置し、一部が開口４と表面２の間に位置する。第３の流体は、開口４と表面２の間に小球体１０を形成する。小球体１０は、表面２に局所的に隣接することができる。
【００３７】
第１の流体６は、比較的薄い層として、第２の流体７と第３の流体９の間の界面１１に沿って注射器３から表面２まで移動し、そこに層１２として沈積する。第２の流体７と第１の流体６の間の先行界面１３が第２の流体を押しやり、第２の流体を第１の流体に置き換える。ディスペンサの通過後に表面のある領域上にとどまる層の厚みは、とりわけ、開口８の幅および形状と、ディスペンサの移動速度と、開口８と表面２の間の距離と、流体の粘度と、小球体のサイズと、第１および第３の流体の量と、様々な界面の界面張力と、化学コントラスト、すなわち流体と表面の様々な組合せとディスペンサの間の疎水性の差と、に依存する。
【００３８】
第１の流体６は、ヘキサデカンなどのアルカン、または炭化水素油などの油とすることができる。図１の実施形態ではシリコン油を使用している。第２の流体７は、第１の流体と非混和性である任意の流体とすることができる。第２の流体は極性または導電性のものとすることができ、そのことは、プレートが第１および第２の流体で覆われたいくつかの応用例に有用である。図示の実施形態では第２の流体として水を使用している。第３の流体９は、小球体を安定させるために、第１の流体と第２の流体のどちらとも非混和性であることが有利である。第３の流体は、空気、窒素、アルゴンなどの気体とすることができる。この実施形態では第３の流体として空気を使用している。使用されうる他の非親和性流体としては、フルオロカーボンおよび水銀などの液体金属がある。
【００３９】
表面上への第１の流体の堆積は、表面が第２の流体に対してよりも第１の流体に対してより高い濡れ性を有する場合に容易になる。図示の実施形態では、プレート１は、疎水性層、例えばＡＦ１６００などの非晶質フルオロポリマーで覆うことができる。疎水性層は、油が表面に付着しやすくするとともに水をはじきやすくする。
【００４０】
図１に示されているように第３の流体を加えるのは、以下の後続ステップによって、すなわち、注射器を第１の流体で満たすステップと、ある量の空気を注射器の中に引き込むステップと、注射器を第２の流体７の層に挿入するステップと、流体を注射器から押し出すステップとによって達成することができる。小球体のサイズは、注射器内の空気量と第１および第２の流体の性質とによって決定される。注射器は、第１の液体で満たされた貯蔵器と所望の量の第１の液体を分注するためのポンプ機構とで置き換えることができる。
【００４１】
図２は、第１の流体をパターン付き表面上に分注するためのディスペンサの上面図である。パターン２０は、第２の流体７に対してよりも第１の流体６に対してより高い濡れ性を有する第１の領域２１、この実施形態では正方形を含む。正方形はＡＦ１６００の層で製作されうる。隣接する第２の領域２２は、第１の流体に対してよりも第２の流体に対してより高い濡れ性を有する。領域２２は、ＳＵ８などのフォトレジストを含む様々な材料の層で製作されうる。同図内の針の開口８の最大寸法は、正方形の最小寸法より小さい。針のサイズは、パターンの選択された第１の領域だけに充填できるようにする。第１の流体を第１の領域上に堆積させると、第１の流体の層の範囲は、第１の流体をはじく第２の領域によって限定される。第２の領域は、第１の領域を形成する連続した層上に第２の領域の形を有する別の層を配置することによって形成することができる。第１の領域が疎水性である場合、別の層は親水性でなければならない。別の層は、例えば印刷方式または蒸着によって形成することができる。第２の領域は、第１の流体を第１の領域に機械的に拘束する、ある高さを有する壁によって形成することもできる。
【００４２】
図３もまた、第１の流体をパターン付き表面上に分注するためのディスペンサの上面図である。パターン３０は、第１の領域３１および第２の領域３２を含む。針３３は、第１の領域の最小寸法（すなわち第１の領域の側面の長さ）より大きい最大寸法（すなわち直径）を有する開口３４を有する。開口が表面上のパターンの上で移動させられたとき、複数の第１の領域が第１の流体で同時に覆われ、それによって装置の堆積速度を上げる。第１の流体は、濡れ性が異なるため、第１の領域に優先的に隣接し、第２の領域によってはじかれる。
【００４３】
第２の流体の層を介して第１の流体を堆積させるのにはいくつかの利点がある。それにより、第１の流体の流出が低減する。それにより、表面の周囲からの汚染が低減する。すなわち、汚染物は周囲のバリヤを通って第２の流体へは行かなくなる。第２の流体の存在は、堆積の局所化を容易にする。第２の流体は、第１の流体が空気中の酸素にあまりさらされないようにし、それによって第１の流体の酸化を低減する。第１の流体が第２の流体の層の存在なしに堆積されれば、第１の流体は、第２の領域上の不純物にピン留めされるであろう。第２の流体が第１の流体の堆積前に第２の領域と接触すると、第１の流体は、不純物にピン留めされにくくなる。これは、第１の流体は、不純物の周囲の小領域から第２の流体をはじかなければならないからである。
【００４４】
表面上に第２の流体の層を塗布する間、空気が表面上に、具体的には第２の領域との境界付近の第１の領域上に捕捉されることある。ディスペンサが第１の領域の上で掃引されかつ小球体が空気で満たされているとき、捕捉された空気は小球体と一体になり、第１の領域上の捕捉された空気の場所は第１の流体でふさがれる。小球体は、表面の空気清浄器として機能する。
【００４５】
第１の流体の表面上への堆積後、第１および第２の流体を有するプレートは、例えば、ディスプレイデバイス、光学素子、可変絞り、調整可能なレンズなどのエレクトロウェッティング装置に使用されうる。第２の流体は第１の流体の堆積後に除去されてもよく、第１の流体だけを有するプレートが用途に使用される。
【００４６】
図４は、表面上に設けられた第２の流体（水）の層を介してかつ第３の流体（空気）によって支援される第１の流体（油）の層を堆積させるための細長いディスペンサを有する装置を示す。この図は、ディスペンサおよびプレートの断面を示す。ディスペンサは、短い側面に２つの垂直壁で閉鎖されうる。ディスペンサ４０はＵ字形状であり、ディスペンサ４０の開口４１はプレート４３の表面４２に面している。開口は、第２の流体の表面の下方にある。第２の流体と周囲の間の界面は図に示されていない。ディスペンサは、ディスペンサ内に油を供給するための管４４の形をとる第１の入力部と空気を制御するための管４５の形をとる第２の入力部とを有する。長いディスペンサは、流体の制御を向上させるためにディスペンサの長さが規則的に離間されている２つ以上の第１の入力部および／または第２の入力部を有することができる。空気は、油４７の層で取り囲まれた細長い小球体４６を形成する。開口４１の幅は、１０ｍｍ未満、例えば２ｍｍであることが好ましい。開口の幅が１０ｍｍを超えると、油は、開口から漏出し水中を上方へ移動する傾向がある。表面上方の開口までの距離は、好ましくは２ｍｍ未満であり、特別な実施形態では０．１ｍｍである。小さい開口は、ディスペンサを毛細管力によって第１の流体で満たすのを容易にする。
【００４７】
ディスペンサは、内壁４８と開口４１に隣接する壁部分４９とに疎水性表面を有する。疎水性特性は、油をディスペンサにピン留めする。ディスペンサの外壁５０は、少なくとも一部分が水に隣接しており、油で汚染されないようにするために親水性である。ディスペンサは、わずかに疎水性のＰＭＭＡで製作されうる。この材料は、接触角ヒステリシスが高く、それによって油の位置安定性を向上させるという利点がある。同図における第１の流体は、壁部分の２つの外縁部上にピン留めされるが、壁部分の２つの内縁部上にピン留めされてもよい。ヒステリシスとは、流体境界の前進後退運動後の接触角の差を意味する。
【００４８】
堆積プロセスの間、ディスペンサは、開口４１の長軸線に対して実質的に垂直な方向５１に移動させられ、それによって水と油の間の先行界面５２を表面４２の上で移動させる。表面は領域５３のパターンを含み、領域５３のそれぞれは、第１の領域あるいは第１の領域と第２の領域のサブパターンとすることができる。例えば、各サブパターンは、ディスプレイデバイスとすることができ、２つ以上のディスプレイデバイスは、表面上にディスペンサの長軸線と平行の方向に配置される。さらに、パターンまたはサブパターンは、観察者にある意味を伝える形状、例えばロゴを有することができる。そのようなサブパターンは、標識機能を提供するとともに、表示機能として別のサブパターンと組み合わされてもよい。ディスプレイデバイスでは、パターンまたはサブパターンは、一般的な表示素子のように切換可能でもよく、あるいは永続的すなわち非切換可能でもよい。別の実施形態では、そのようなパターンまたはサブパターンは、例えば視聴者の体験を増進するために装飾効果を提供する。
【００４９】
開口の長さは、開口の長軸線と平行なパターンの寸法と実質的に同じであるかまたはそれより長い。その長さは、少なくとも、小球体４６の境界に引き起こされる堆積むらがパターンの外側に生じるように大きいものとする。開口の長さは、走査方向に対して垂直な方向に、表面のサイズとほぼ同等とすることができる。領域５３間の領域は、表面のこの領域内に油が堆積しないようにするために、好ましくは親水性であり、例えばＳＵ８で覆われる。
【００５０】
図４に示されている装置の実施形態では、油の先行界面５２は、第１の領域と第２の領域の間の境界線５４と平行に走る。油４７は第２の領域に隣接したくないので、ディスペンサの下の油の形状は、疎水性領域から親水性領域への接触線に沿って乱れる。油の境界線上でのピン留めは、ディスペンサが表面の上を移動する間にスティックスリップ運動を引き起こし、それによって縞模様の堆積油層になる可能性がある。
【００５１】
図５の（ａ）は、プレート６２上に配置された第１および第２の領域のパターン６１を有する表面に対するディスペンサ６０の第１の方向を示す。走査する方向は矢印６３で示されている。第１の方向は、図４に示されている方向と同じである。図５の（ｂ）は、プレート６２がパターン６１とともに、図５の（ａ）における方向と比較して約８度の角度で回転している第２の方向を示す。ディスペンサの先行界面５２はこのとき、境界線５４に対して同じ８度の角度をなす。界面および境界線には、もはや線接触がなく点接触しかないので、ピン留め効果は強く低減され、堆積層の厚みは図５の（ａ）の場合よりも均一になる。均一性の改善は５度を超える角度で観察され、２２．５度を超える角度では均一性がさらに著しく改善することはない。図５の（ｃ）は別の構成を示し、プレート６３は、その縁部のうちの１つがディスペンサ６０と平行であり、パターン６４は、ディスペンサの先行界面に対してゼロに等しくない角度をなす境界線を有する。
【００５２】
真っすぐな細長いディスペンサの場合の先行界面は、真っすぐであり、ディスペンサ開口の長軸線の方向と同じ方向である。ディスペンサの開口が表面と平行な面内で湾曲していると、先行界面もまた湾曲することになる。上記のスティックスリップ運動を回避するためには、先行界面の局所方向は、境界線の方向と非ゼロ角度をなすべきである。
【００５３】
図５の（ｂ）および（ｃ）に示されているような傾斜充填は、３つの流体を使用する充填プロセスについて説明されているが、第１の流体が第２の流体中の表面上に分注される充填方法にも有利である。これは、同様のスティックスリップ運動がこのケースで生じるからである。傾斜充填は、１つの流体が空気または真空中の表面上に堆積される１流体充填方法でも同様に有利である。
【００５４】
図６は、本発明による堆積方法を使用して製作された一連のエレクトロウェッティング素子の断面を示す。第１の基板７０には、基板上に薄膜導体として堆積された電極７１が設けられる。各電極は、電圧を供給するための信号線７２に接続される。電極は、非晶質フルオロポリマーＡＦ１６００からなる薄い疎水性層７３で覆われる。ＳＵ８からなる薄い親水性層７４のパターンは、基板の表面を親水性第２の領域７４間の疎水性第１の領域７５に分割する。第１の領域のサイズは、１６０マイクロメートル四方であり、第２の領域は、１０マイクロメートルの幅および３〜６マイクロメートルの高さを有する。層７１、７３および７４が設けられた第１の基板７０には、第１の流体として油、第２の流体として水、および第３の流体として空気を使用して、あるいは流体の別の組合せを使用して、本発明による堆積方法が施される。本方法を実行した後、第１の領域７５は、３〜６マイクロメートル、例えば５マイクロメートルの厚みを有する油層７６で均一に覆われる。第２の領域７４および油層は水７７で覆われる。水は、水の導電率を高めかつその方法のための温度窓を拡大するために、塩を含むことができる。その方法の間に使用される第２の流体（この実施例では水）は、好ましくは基板を含む製品に使用されている流体と同じであり、そのことは、本方法を別の流体で実行した後で第２の流体を変化させないようにする。第２の基板７８は、第１の基板と第２の基板の間に閉鎖空間を形成する。この空間は、両方の基板に取り付けられた、図に示されていない封止材によって周囲から保護される。
【００５５】
層７４のパターンは基板上に素子を画定しており、油層７６はその素子に限定される。各素子は電極７１を有する。信号線８０に接続されている別の電極７９は水７７と接触していて、複数の素子の共通電極を形成している。共通電極７９と素子の電極７１との間に電圧が印加されると、その素子内の油層７６は、素子の側面へ移動するかまたは離散し、第１の表面は、少なくとも部分的に水７７で覆われる。このいわゆるエレクトロウェッティング効果は、国際特許出願ＷＯ０３／０７１３４６号により詳細に記載されている。油および／または水が、光の吸収、反射および／または透過に対する固有の光学特性を有する場合、素子は、例えばディスプレイにおいて光弁として動作することができる。
【００５６】
エレクトロウェッティング素子は、複数のエレクトロウェッティング素子がディスプレイデバイスを形成しているディスプレイ装置で使用することができる。装置内のディスプレイ駆動システムが、素子を所望の状態にするための電圧を与える。
【００５７】
図７は、本発明による、表面上に層を堆積させるための装置を示す。トレイ８２は第２の流体で満たすことができる。トレイは、基板を配置することができるステージ８４を備える。下側に開口８６を有するディスペンサ８５は、ディスペンサがステージ８４の上を掃引できるようにする平行移動ステージ（図示されていない）に載せられる。別法として、ディスペンサは固定され、表面は平行移動ステージに載せられる。動作中、ディスペンサの開口は、第２の流体のレベルより下にある。第１の流体用の第１の容器８７は、連結部８９からディスペンサ８５に吐き出されるべき第１の流体の量を制御する第１の制御ユニット８８、例えば弁またはポンプに連結される。第３の流体用の第２の容器９０は、同様に、第３の流体を連結部９２からディスペンサに吐き出すための第２の制御ユニット９１に連結される。第３の流体が空気である場合、第２の容器は省くことができ、制御ユニット９１は、周囲から、好ましくはフィルタを介して空気を引き出したり、余分な空気を排出したりすることができる。連結部９２はまた、小球体のサイズが縮小されなければならない場合、あるいはポケットから除去される空気がかなりの量になる場合、ディスペンサから空気を排出するために使用することもできる。
【００５８】
コントローラ９３は、第１および第２のコントローラを所望の設定にするための信号を提供する。本装置は、堆積層の厚みを決定するための測定装置を含むことができる。厚みの値は、制御ユニットを設定するための入力として使用することができる。本装置はまた、例えばディスペンサをそれの長軸線の方向に観察するカメラを使用して、第３の流体の小球体の形状および／またはサイズ、あるいはディスペンサと表面の間の第１の流体の体積を測定するための装置も含み、制御ユニットを設定するための入力を使用することもできる。ディスペンサの表面上方の高さは、例えば細長いディスペンサの２つの遠端部での高さを測定しかつこれらの高さを同値に維持することによって所望の値に保持することができる。コントローラはまた、測定値の代わりに装置の操作者からの手動入力を使用することもできる。
【００５９】
図８は、本発明による本方法の代替実施形態を示す。管１０１から第１の流体６で満たされかつ第２の流体７の層中に開口を有するディスペンサ１００は、プレート４３の表面４２の上で方向１０２に走査されて、表面上に第１の流体の層１０３を堆積させる。管１０６から第３の流体９で満たされかつ第２の流体７の層中に開口を有するディスペンサ１０５は、ディスペンサ１００に続いて、表面４２を方向１０７に走査する。第３の流体は、ディスペンサ１０５の開口と表面４２の間に小球体を形成する。小球体は、表面上に第２の流体の層を設けた後、表面上に捕捉された空気のポケットを除去する。
【００６０】
上記の実施形態は、本発明の例示的な実施例として理解されるべきである。本発明の別の実施形態が想定される。任意の一実施形態について説明した特徴は、単独で、または記載されている他の特徴と組み合わせて使用することができ、他の実施形態の１つまたは複数の特徴、あるいは他の実施形態の任意組合せと組み合わせて使用することもできることが理解されるべきである。さらに、上述していない同等物および変更形態もまた、添付の特許請求の範囲に定義されている本発明の範囲から逸脱することなく使用することができる。
【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８】
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【国際調査報告】
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