Contribution to liquid lens technology

Abstract

The interest on microfluidic systems based on electrowetting-on-dielectric (EWOD) and the miniaturization of such integrated devices, has increased significantly mainly due to the advent of mass market applications such as lab-on-chip, liquid lenses and reflective displays. The main objective of this work focuses on the scientific and technological challenges that the fabrication and optimization of liquid lens faces. Those are mainly related to the materials used and their associated fabrication techniques, in order to have stable devices with high performance for long term functionality. The work reported here contributes the research to reduce the actuation voltage and to increase stability and reliability of electrowetting devices such as liquid lenses at laboratory scale.
 
 We address various aspects related to liquid lenses: (a), improvement of the hydrophobic layer deposition process leading contact angle recovery enhancement, (b) investigation of the dielectric materials and deposition techniques to reduce the required applied voltage (c) specific design of electrodes for 2D movement of the liquid lens, and (d) investigation of nonaqueous liquids to improve the dynamic behavior and long term cycling functionality. (e) An attempt is made to develop behavioral models that can explain EWOD phenomena with an electronic circuit software. El interés en los sistemas microfluídicos basados en electrohumectación sobre un dieléctrico (electrowetting-on-dielectric, EWOD) y la miniaturización de dichos dispositivos integrados, ha aumentado significativamente, principalmente debido a la llegada de aplicaciones del mercado de masas, como lab-on-chip, lentes líquidas y pantallas reflectantes. El objetivo principal de este trabajo se centra en los retos científicos y tecnológicos de la fabricación y la optimización de una lente líquida. Principalmente, los que están relacionadas con los materiales utilizados y sus técnicas de fabricación asociadas, con el fin de tener dispositivos estables con un alto rendimiento para la funcionalidad a largo plazo. Este trabajo describe la investigación llevada a cabo para reducir la tensión de accionamiento y para aumentar la estabilidad y la fiabilidad de los dispositivos EWOD, tales como lentes líquidas, a escala de laboratorio. Los principales aspectos relacionados con lentes líquidas trabajados en esta tesis son los siguientes: (a) la mejora del proceso de depósito de la capa hidrofóbica que determina el ángulo de contacto y mejora su recuperación, (b) la investigación de los materiales dieléctricos y técnicas de depósito para reducir la tensión aplicada, (c) el diseño específico de electrodos para el movimiento en 2D de la lente líquida, y (d) la investigación de los líquidos no acuosos para mejorar el comportamiento dinámico y la funcionalidad en frecuencia a largo plazo. (e) También se ha iniciado el desarrollo de modelos de comportamiento que puedan explicar fenómenos EWOD con un software de circuitos electrónicos.

Electrokinetic Thin-Film Model for Electrowetting: The Role of Bulk Charges

“…He explained this observation by relating the principle of electrocapillarity to the capacitance of the electrical double layer (EDL) formed at the metal−electrolyte interface. 17 The term "electrowetting" was first used in 1980 in the context of designing electrowetting displays. 18 Subsequently, Berge 19 T h i s c o n t e n t i s introduced the concept of electrowetting on dielectric (EWOD), in which a thin dielectric layer is sandwiched between a conducting droplet and the bottom electrode in order to eliminate electrolysis, as well as to ensure reasonably low electric fields for manipulating droplet wetting.…”