特許 6494580 微小流体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6494580

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】微小流体装置

(51)【国際特許分類】

   B81B 1/00 20060101AFI20190325BHJP

   G01N 37/00 20060101ALI20190325BHJP

   B01J 19/00 20060101ALI20190325BHJP

   G01N 1/00 20060101ALI20190325BHJP

【ＦＩ】

   B81B1/00

   G01N37/00 101

   B01J19/00 321

   G01N1/00 101F

【請求項の数】8

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2016-190355(P2016-190355)

(22)【出願日】2016年9月28日

(65)【公開番号】特開2018-51685(P2018-51685A)

(43)【公開日】2018年4月5日

【審査請求日】2017年9月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】517144879

【氏名又は名称】シャープ ライフ サイエンス （イーユー） リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】小坂 知裕

(72)【発明者】

【氏名】紀藤 賢一

(72)【発明者】

【氏名】原 猛

(72)【発明者】

【氏名】門野 真也

(72)【発明者】

【氏名】安尾 文利

(72)【発明者】

【氏名】大王 学

(72)【発明者】

【氏名】寺西 知子

(72)【発明者】

【氏名】李 昊

【審査官】 石田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２９９４７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１４８７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５３１８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２８３４０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／１０８４６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０３７２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２８９０７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ８１Ｂ １／００

Ｂ０１Ｊ １９／００

Ｇ０１Ｎ １／００

Ｇ０１Ｎ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の第１電極と、上記複数の第１電極にそれぞれ電気的に接続され、上記複数の第１電極をそれぞれ駆動する複数の駆動素子と、上記複数の駆動素子を覆う第１平坦化樹脂層と、上記複数の第１電極を覆う誘電体層と、上記誘電体層を覆う第１撥水層とを有する第１基板と、
上記第１基板に対向配置されており、上記複数の第１電極に対向配置された、少なくとも１つの第２電極と、上記少なくとも１つの第２電極を覆う第２撥水層とを有し、上記第１基板との間に、導電性を有する微小流体を、上記複数の第１電極を跨いで移動させる内部空間を形成する第２基板とを備え、
上記複数の第１電極は、上記第１平坦化樹脂層上に設けられているとともに、遮光性を有する金属電極であり、
上記第１平坦化樹脂層は、上記第１撥水層の凹凸を低減するための平坦化層であることを特徴とする微小流体装置。

【請求項2】

上記複数の第１電極は、上記第１平坦化樹脂層に設けられたコンタクトホールを介して上記複数の駆動素子にそれぞれ接続されており、
上記誘電体層は、上記コンタクトホールを埋める少なくとも１層の第２平坦化樹脂層を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の微小流体装置。

【請求項3】

上記誘電体層はさらに、無機材料からなる少なくとも１層のイオンバリア層を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の微小流体装置。

【請求項4】

上記第２平坦化樹脂層が上記複数の第１電極を覆っており、上記イオンバリア層が上記第２平坦化樹脂層を覆っていることを特徴とする請求項３に記載の微小流体装置。

【請求項5】

上記イオンバリア層が上記複数の第１電極を覆っており、上記第２平坦化樹脂層が上記イオンバリア層を覆っていることを特徴とする請求項３に記載の微小流体装置。

【請求項6】

上記第２平坦化樹脂層は、上記コンタクトホール内および上記複数の第１電極間のうち少なくとも上記コンタクトホール内に設けられており、上記第１電極上には設けられておらず、
上記イオンバリア層は、上記第２平坦化樹脂層および上記複数の第１電極を覆っていることを特徴とする請求項３に記載の微小流体装置。

【請求項7】

上記微小流体は磁性粒子を含む微小流体であり、
上記磁性粒子を固定化する磁石をさらに備え、
上記第１電極は、非磁性金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の微小流体装置。

【請求項8】

上記第１電極はモリブデンで形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の微小流体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微小流体を駆動させる微小流体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロ流体工学は、例えばサブマイクロリットルといった小規模な容積の微小流体の操作に関する、急速に拡大している分野である。

【0003】

一般的に、微小流体の操作は、微小流体の位置、サイズおよび組成の検知に好適である。微小流体を操作して移動させる微小流体装置は、分子核酸係数、流体粘度、ｐＨ、化学結合係数、酵素反応速度等の様々な測定に適用され得る。微小流体装置の他の適用例としては、キャピラリー電気泳動法、等電点電気泳動法、免疫測定法、酵素測定法、フローサイトメトリー、質量分析法を介して分析されるタンパク質の試料注入、ＰＣＲ増幅、ＤＮＡ分析、細胞操作、細胞分離、細胞パターン形成、および化学勾配形成等が挙げられる。これらの適用例の多くは、臨床診断法に対して有効である。

【0004】

このため、近年、電場の印加によって液滴を操作（駆動）する微小流体装置（マイクロ流体デバイス）の開発が進められている。

【0005】

微小流体装置は、一般的に、電極上に設けられた誘電体層を覆う撥水層で、導電性のある液滴（微小流体）を挟んでいる。微小流体装置は、上記液滴に電場を印加して、上記液滴直下の誘電体層下の電極との間に電位差を生じさせることによりエレクトロウェッティング現象を生じさせて、液滴を移動させる。

【0006】

エレクトロウェッティングとは、電極上に設けられた、表面に撥水処理が施された誘電体層上に置かれた液滴に電場を印加することにより、電極と液滴との間に形成されるキャパシタの静電エネルギー分、誘電体層の表面エネルギーが変化することで、固液界面エネルギーが変化し、誘電膜表面に対する液滴の接触角が変化する現象である。

【0007】

例えば、特許文献１および特許文献２には、微小流体装置として、セグメント電極がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクスアレイ上の液滴を操作（ＥＷＯＤ；Electrowetting-On-Dielectric（誘電体エレクトロウェッティング））する、アクティブマトリクス型の誘電体エレクトロウェッティング（Active Matrix Electrowetting-On-Dielectric；ＡＭ−ＥＷＯＤ）装置が開示されている。

【0008】

ＡＭ−ＥＷＯＤ装置では、エレクトロウェッティングを、アクティブ素子として例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いることによって実施する。

【0009】

ＡＭ−ＥＷＯＤ装置は、マトリクス状に配置された複数の電極（セグメント電極）を備えている。これら電極には、それぞれ、ＴＦＴが電気的に接続されている。各ＴＦＴは、それぞれ、各ＴＦＴに電気的に接続された各電極の制御に利用される。

【0010】

上記電極には、例えば、特許文献２に示すように、一般的に、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）が使用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特許第５３４５７１４号公報（２０１３年８月２３日登録）

【特許文献2】特許第５９６０１１７号公報（２０１６年７月１日登録）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、ＩＴＯからなる電極は、製造方法にもよるが、一般的に、製造段階で凹凸が生じ易い。

【0013】

図７は、ＩＴＯからなるセグメント電極を有するＡＭ−ＥＷＯＤ装置３００の要部の概略構成の一例を、その問題点と併せて模式的に示す断面図である。

【0014】

以下に、図７に示すＡＭ−ＥＷＯＤ装置３００を例に挙げて、セグメント電極として、ＩＴＯからなる電極３１４を用いたときの微小流体装置の問題点を説明する。

【0015】

ＡＭ−ＥＷＯＤ装置３００では、各電極３１４にエレクトロウェッティング駆動電圧を印加することで、各電極３１４上に設けられた、イオンバリア層としての誘電体層３１６上の撥水層３１８の撥水性を制御する。

【0016】

液滴５１は、親水性がより大きい領域（言い換えれば、疎水性がより小さい領域）に向かって動く。このため、隣り合う電極３１４（図７中、３１４ａ・３１４ｂで示す）に、互いに異なるエレクトロウェッティング駆動電圧を印加することで、液滴５１を、複数の電極３１４を跨いで、撥水層３１８の表面に沿って移動させることができる。

【0017】

液滴５１は、撥水層３１８上を滑るように移動する。しかしながら、本願発明者らの検討によれば、図７に示すように、電極３１４の表面に凹凸が多く存在すると、その上層の誘電体層３１６の表面にも多くの凹凸が形成され、さらに、その上層の撥水層３１８の最表面にも多くの凹凸が形成されることが判った。

【0018】

このように、撥水層３１８の表面の平坦性は、その下地となる誘電体層３１６の表面の平坦性に追随し、誘電体層３１６の表面の平坦性は、その下地となる電極３１４の表面の平坦性に追随する。

【0019】

撥水層３１８の表面に多くの凹凸が形成されていると、撥水層３１８と液滴５１との界面で、流体摩擦が生じ易くなる。この結果、図７に×印で示すように、液滴５１の移動が途中で止まるおそれがあり、意図した通り液滴５１が移動できなくなる。

【0020】

また、撥水層３１８の下地となる誘電体層３１６の凹凸も、液滴５１が移動する際に抵抗（流体摩擦）となり、液滴５１の移動を阻害する。

【0021】

この結果、図７に二点鎖線で示すように、液滴５１が移動したとしても、液滴５１の一部が流路上に残留し、液滴５１が複数（図７に示す例では２つの液滴５１ａ・５１ｂ）に分離してしまうという問題が生じるおそれがある。

【0022】

このように、電極３１４の表面の凹凸に由来する撥水層３１８の表面の凹凸は、エレクトロウェティング性能に大きな影響を及ぼす。微小流体装置に必要な高撥水性を実現するためには、平坦で緻密な撥水層３１８が必要となる。

【0023】

また、電極３１４上の撥水層３１８上における液滴５１の滑り易さ（移動のし易さ）は、電極３１４に印加される電圧の大きさによって変わる。液滴５１は、電極３１４に印加される電圧が高いほど滑り易い。しかしながら、各電極３１４に電気的に接続されたＴＦＴ２０の耐圧や誘電体層３１６の耐圧を考えれば、電極３１４に印加される電圧は、できるだけ低いことが望ましい。

【0024】

エレクトロウェッティングを用いたエレクトロウェッティングディスプレイは、画素電極として、ＡＭ−ＥＷＯＤ装置のように、ＴＦＴに電気的に接続された、マトリクス状に配置された複数のセグメント電極を備えている。しかしながら、エレクトロウェッティングを用いたエレクトロウェッティングディスプレイで使用される液滴は、微小流体装置で使用される液滴よりも小さく、エレクトロウェッティングディスプレイは、内部空間が、複数のセルに区画されている。各セルは、液滴が、隣接する画素に漏洩することを防ぐ、格子状に形成された画素隔離壁によって分離されており、各セグメント電極は、各セル内にそれぞれ設けられている。

【0025】

このため、各セグメント電極に印加される電圧は、例えば、エレクトロウェッティングディスプレイでは１６Ｖ程度であるのに対し、微小流体装置では２０Ｖ程度と、エレクトロウェッティングディスプレイよりも高い電圧を印加する必要がある。このため、セグメント電極を跨いで液滴を移動させる微小流体装置では、エレクトロウェッティングディスプレイよりもさらに耐圧性を高める必要がある。

【0026】

したがって、微小流体装置における電極３１４に印加される電圧を下げるには、電極３１４上の撥水層３１８上における液滴５１の滑り易さを高めることが非常に重要である。

【0027】

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、従来よりも、セグメント電極上の撥水層の表面の平坦性が高く、微小流体を移動させ易い微小流体装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0028】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様にかかる微小流体装置は、（Ｉ）複数の第１電極と、上記複数の第１電極にそれぞれ電気的に接続され、上記複数の第１電極をそれぞれ駆動する複数の駆動素子と、上記複数の駆動素子を覆う第１平坦化樹脂層と、上記複数の第１電極を覆う誘電体層と、上記誘電体層を覆う第１撥水層とを有する第１基板と、（II）上記第１基板に対向配置されており、上記複数の第１電極に対向配置された、少なくとも１つの第２電極と、上記少なくとも１つの第２電極を覆う第２撥水層とを有し、上記第１基板との間に、導電性を有する微小流体を、上記複数の第１電極を跨いで移動させる内部空間を形成する第２基板とを備え、上記複数の第１電極は、上記第１平坦化樹脂層上に設けられているとともに、遮光性を有する金属電極である。

【発明の効果】

【0029】

本願発明者らは、鋭意検討した結果、微小流体の移動が阻害されたり、微小流体を移動させるためにセグメント電極に印加する電圧が高くなったりする要因は、突き詰めればセグメント電極の表面の凹凸にあることを見出した。そして、本願発明者らは、エレクトロウェッティングディスプレイとは全く異なる、複数の電極（つまり、セグメント電極）を跨いで微小流体を移動させる微小流体装置では、微小流体をスムーズに移動させる上で、微小流体を滑らせる撥水層の表面の平坦性が重要であり、特に、セグメント電極上の撥水層の平坦性を高めることが重要であることを見出した。そして、本願発明者らは、セグメント電極上の撥水層の平坦性を高めるためには、セグメント電極表面の平坦性を高めることが重要であり、セグメント電極である上記複数の第１電極を、上記第１平坦化樹脂層上に設けるとともに、遮光性を有する金属電極とすることで、上記複数の第１電極の表面の平坦性を従来よりも高めることができることを見出して本発明を完成させるに至った。

【0030】

上記態様態様によれば、従来よりも、セグメント電極上の撥水層の表面の平坦性が高く、微小流体を移動させ易い微小流体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の実施形態１にかかる微小流体装置の要部の概略構成の一例を示す断面図である。

【図2】本発明の実施形態１にかかる微小流体装置における薄膜電子回路の概略構成の一例を示す平面図である。

【図3】ＴＦＴのドレイン電流の絶対値とゲート電圧と外光の照度との関係を示すグラフである。

【図4】本発明の実施形態２にかかる微小流体装置の要部の概略構成の一例を模式的に示す断面図である。

【図5】本発明の実施形態３にかかる微小流体装置の要部の概略構成の一例を模式的に示す断面図である。

【図6】本発明の実施形態４にかかる微小流体装置の要部の概略構成の一例を模式的に示す断面図である。

【図7】ＩＴＯからなるセグメント電極を有する微小流体装置の要部の概略構成の一例を、その問題点と併せて模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

【0033】

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について、図１〜図３に基づいて説明すれば以下の通りである。

【0034】

本実施形態では、本実施形態にかかる微小流体装置として、セグメント電極がマトリクス状に配置された、アクティブマトリクス型の誘電体エレクトロウェッティング（ＡＭ−ＥＷＯＤ）装置を例に挙げて説明する。以下では、説明の便宜上、背景技術で説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付記して説明を行う。

【0035】

＜微小流体装置１の概略構成＞
図１は、本実施形態にかかる微小流体装置１の要部の概略構成の一例を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態にかかる微小流体装置１における薄膜電子回路層１２の概略構成の一例を模式的に示す平面図である。

【0036】

本実施形態にかかる微小流体装置１は、図１および図２に示すように、互いに対向配置された、アレイ基板１０（第１基板）および対向基板４０（第２基板）からなる一対の基板を備えている。

【0037】

アレイ基板１０と対向基板４０とは、互いの対向面の周縁部（図２に示す例では、例えば、対向基板４０の周縁部）に沿って設けられた図示しないシール材によって、一定の間隙（セルギャップ）を有して互いに貼り合わされている。なお、アレイ基板１０と対向基板４０とは、互いの対向面の周縁部に形成された壁体を介して互いに貼り合わされていてもよい。

【0038】

これにより、微小流体装置１は、微小流体装置本体として、互いに貼り合わされたアレイ基板１０と対向基板４０とからなる１つの大きなセル２を備えている。

【0039】

アレイ基板１０と対向基板４０との間の間隙によってセル２の内部に形成される内部空間５０は、液滴５１（微小流体）を移動させる微小な流路（マイクロ流路）として用いられる。

【0040】

セル２には、液滴５１等の流体を、少なくとも、セル２の内部に注入するための図示しない開口部が設けられている。

【0041】

例えば、図２に示す例では、一例として、アレイ基板１０が、対向基板４０よりも大きく形成されている。これにより、アレイ基板１０は、平面視で、対向基板４０と対向配置された状態で、対向基板４０よりも外部に突出する拡張部３を有している。

【0042】

壁体またはシール材等によって構成される、セル２の側壁の一部には、上記拡張部３に面して、液滴５１等の流体が通過する図示しない開口部が形成されている。該開口部は、液滴５１等の流体を、セル２の内部に注入したり、セル２の内部から外部に取り出したりするために用いることができる。

【0043】

但し、本実施形態は、これに限定されるものではなく、例えば対向基板４０に上記開口部が形成されていてもよく、アレイ基板１０と対向基板４０とは、例えば同じ大きさを有していても構わない。

【0044】

図２に示すように、本実施形態にかかる微小流体装置１は、複数のアレイ素子３２を有する電極アレイ３１を備えている。アレイ素子３２は、電極アレイ３１上の１つまたは複数の液滴５１を操作するように構成されている。

【0045】

本実施形態にかかる微小流体装置１は、前述したように、ＡＭ−ＥＷＯＤ装置である。図２に示すように、電極アレイ３１は、マトリクス状に配置された、Ｍ×Ｎのアレイ素子３２を有する。ここで、ＭおよびＮは、任意の数値であってもよい。なお、典型的な例においては、ＭおよびＮは２以上である。

【0046】

各アレイ素子３２は、図１に示す、アレイ基板１０に設けられた電極１４（例えば、電極１４ａ・１４ｂ、第１電極）と、対向基板４０に設けられた電極４２（第２電極）と、を含んでいる。電極１４はセグメント電極であり、それぞれ独立して駆動制御される。各アレイ素子３２は、対応する電極１４の電位を制御するために、アレイ素子回路３３を含んでいる。

【0047】

上記セル２内における電極１４と電極４２との間には、１個または複数個の液滴５１を配置可能であり、アレイ素子回路３３は、上記複数のアレイ素子３２における電極１４および電極４２に駆動信号を与え、上記複数のアレイ素子３２の間で、上記１個または複数個の液滴５１を操作するように構成されている。

【0048】

（アレイ基板１０）
図１に示すアレイ基板１０は、駆動素子として、マトリクス状に配置された複数のＴＦＴ２０を有するアクティブマトリクス型のＴＦＴ基板である。

【0049】

アレイ基板１０は、アクティブマトリクス配列内で液滴駆動（ＥＷＯＤ）を実施するＡＭ−ＥＷＯＤ基板として用いられる。

【0050】

ＴＦＴ２０を用いた電子回路を利用したＡＭ−ＥＷＯＤ基板は、駆動回路を、ＡＭ−ＥＷＯＤ基板上に集積することができるという利点を有している。また、このようにＴＦＴ２０を用いた電子回路は、ＡＭ−ＥＷＯＤ用途に好適である。

【0051】

図１に示すように、アレイ基板１０は、支持基板である絶縁基板１１上に、複数のＴＦＴ２０を備えた薄膜電子回路層１２、第１平坦化樹脂層１３、ＥＷ駆動素子電極である複数の電極１４、第２平坦化樹脂層１６およびイオンバリア層１７からなる誘電体層１５、撥水層１８が、絶縁基板１１側からこの順に積層された構成を有している。

【0052】

なお、図１では、一例として、絶縁基板１１における電極１４の形成面（能動面）上にのみ撥水層１８が形成されている場合を例に挙げて示している。しかしながら、アレイ基板１０は、上記構成に限定されるものではなく、アレイ基板１０の全表面が撥水層１８で覆われていてもよい。

【0053】

薄膜電子回路層１２は、図１および図２に示すようにＴＦＴ２０を含む回路層であり、各電極１４を駆動するように構成されている。

【0054】

絶縁基板１１上には、配線として、ＴＦＴ２０にそれぞれ接続された、図示しない複数のゲート配線と複数のソース配線とが、互いに直交するように交差して配置されている。ＴＦＴ２０は、例えば、これらゲート配線とソース配線との交差部にそれぞれ対応して設けられている。

【0055】

ＴＦＴ２０は、例えば、図１に示すように、絶縁基板１１上に、ゲート電極２１、ゲート絶縁膜２２、半導体層２３（ｎ＋層、ｉ層）、半導体層２３におけるｎ＋層に接して設けられたソース電極２４およびドレイン電極２５が、この順に積層された構造を有している。

【0056】

薄膜電子回路層１２は、上記ＴＦＴ２０と、該ＴＦＴ２０の一部を構成するゲート絶縁膜２２とを含んでいる。

【0057】

但し、本実施形態にかかる微小流体装置１は、上記構成に限定されるものではない。図１では、一例として、ＴＦＴ２０がボトムゲート型（逆スタガ型）のＴＦＴである場合を例に挙げて図示している。しかしながら、上記ＴＦＴ２０は、トップゲート型（スタガ型）のＴＦＴであってもよい。

【0058】

すなわち、ＴＦＴ２０は、絶縁基板１１上に、半導体層２３、ゲート絶縁膜２２、ゲート電極２１、ゲート電極２１を覆う層間絶縁膜、層間絶縁膜を介して半導体層２３にそれぞれ接続されたソース電極２４およびドレイン電極２５が、この順に積層された構造を有していてもよい。したがって、薄膜電子回路層１２は、上記層間絶縁膜をさらに含んでいてもよい。

【0059】

また、薄膜電子回路層１２は、図２に示すように、集積された行駆動回路３４および列駆動回路３５をさらに含んでいる。行駆動回路３４および列駆動回路３５は、アレイ素子回路３３に制御信号を供給する。行駆動回路３４および列駆動回路３５は、薄膜電子部品として実装することが可能であるともに、アレイ素子回路３３の一部または全てに対して制御信号を与えるために利用することが可能である。

【0060】

また、薄膜電子回路層１２は、シリアル入力のデータストリームを処理し、電極アレイ３１に必要な電圧を書き込むシリアルインターフェース３６を備えていてもよい。また、薄膜電子回路層１２は、各電極１４に供給する電圧、対向基板４０における電極４２の駆動電圧、および、他の必要とされる電圧を供給する電圧供給インターフェース３７を備えていてもよい。薄膜電子回路層１２が、これらシリアルインターフェース３６や電圧供給インターフェース３７を備えることで、電極アレイ３１のサイズが大きい場合であっても、アレイ基板１０と図示しない外部駆動電子回路との間の接続ワイヤ３８の数および電源等の数を、比較的少なくすることができる。

【0061】

また、アレイ素子回路３３は、センサ機能を追加的に含んでいてもよい。例えば、アレイ素子回路３３は、電極アレイ３１におけるそれぞれのアレイ素子３２の位置において液滴５１が存在していることを検出し、かつ、当該液滴５１のサイズを検出するための機構を備えていてもよい。

【0062】

このため、薄膜電子回路層１２は、各アレイ素子３２からセンサデータを読み出し、当該データを１つ以上のシリアル出力信号に統合するための図示しない列検出回路を備えていてもよい。当該シリアル出力信号は、シリアルインターフェース３６を介して与えられ、１つ以上の接続ワイヤ３８によって、微小流体装置１から出力されてもよい。

【0063】

アレイ素子回路３３は、液滴５１に所定の液滴駆動電圧を印加できるように構成されており、図示しないメモリ素子や反転回路等を備えていてもよい。上記メモリ素子には、例えば、列駆動回路３５から伸びる列書込ライン（同じ列内のアレイ素子に共通であってもよい）、行駆動回路３４から伸びる行選択ライン（同じ行内のアレイ素子に共通であってもよい）、容量性記憶装置、ＤＣ（直流電流）供給電圧、スイッチトランジスタ等が含まれていてもよい。

【0064】

図１に示すように、薄膜電子回路層１２上には、ＴＦＴ２０を含む薄膜電子回路層１２の表面の凹凸を平坦化する第１平坦化樹脂層１３が、ＴＦＴ２０を覆うように形成されている。第１平坦化樹脂層１３には、各電極１４とＴＦＴ２０のドレイン電極２５とを接続するためのコンタクトホール１９が複数形成されている。

【0065】

第１平坦化樹脂層１３上には、複数の電極１４がマトリクス状に形成されている。電極１４は、ＡＭ（アクティブマトリクス）電極（アレイ素子電極）であり、図２に示す電極アレイ３１の一部を構成している。各電極１４は、図１に示すように、各コンタクトホール１９を介して各ＴＦＴ２０のドレイン電極２５に電気的に接続されている。

【0066】

なお、ＴＦＴ２０を介して薄膜電子回路層１２に接続された複数の電極１４は、薄膜電子回路層１２を構成する層の一部と解釈することもできる。このような構成は、エレクトロウェッティング駆動素子と称される。つまり、薄膜電子回路層１２は、ＴＦＴ２０、第１平坦化樹脂層１３、および複数の電極１４を含むと解釈することもできる。

【0067】

なお、エレクトロウェッティング駆動素子は、特定のアレイ素子３２と関連付けられた電極１４であってもよいし、上記電極１４に直接接続された電子回路のノードであってもよい。また、特定のアレイ素子３２に関連付けられた電極１４、および、この電極１４に直接接続された電気回路のノードとの両方を指してエレクトロウェッティング駆動素子と称する場合もある。

【0068】

第１平坦化樹脂層１３上には、上記複数の電極１４を覆うように誘電体層１５が設けられている。本実施形態にかかる誘電体層１５は、第２平坦化樹脂層１６と、無機膜からなるイオンバリア層１７と、を含んでいる。これら第２平坦化樹脂層１６およびイオンバリア層１７は、各電極１４を、アレイ基板１０における、対向基板４０との対向面に設けられた撥水層１８から分離する。

【0069】

図１に示すように、コンタクトホール１９は、第２平坦化樹脂層１６で埋められていることが望ましい。

【0070】

本実施形態では、第２平坦化樹脂層１６は、コンタクトホール１９内にのみ設けられており、電極１４上には設けられていない。第２平坦化樹脂層１６は、例えば、その表面が、コンタクトホール１９内以外の電極１４の表面と面一となるように形成されている。

【0071】

コンタクトホール１９内に形成された第２平坦化樹脂層１６の上面は、イオンバリア層１７で覆われている。また、コンタクトホール１９以外の電極１４上には、誘電体層１５として、イオンバリア層１７のみが設けられている。

【0072】

本実施形態では、上述したように、液滴５１を移動させる内部空間５０に面する、ＴＦＴ２０を含む薄膜電子回路層１２の表面の凹凸を第１平坦化樹脂層１３で平坦化するとともに、上記内部空間に面する、コンタクトホール１９による段差（窪み、凹部）および隣り合う電極１４間の段差（窪み、凹部）を第２平坦化樹脂層１６で平坦化している。これにより、上記内部空間５０における、ＴＦＴ２０および電極１４の配設に由来する、アレイ基板１０の表面の凹凸を平坦化している。

【0073】

なお、本実施形態では、コンタクトホール１９内および隣り合う電極１４間に第２平坦化樹脂層１６が形成されている場合を例に挙げて図示しているが、液滴５１が電極１４に対し十分に大きい場合には、コンタクトホール１９内および隣り合う電極１４間に第２平坦化樹脂層１６が形成されている必要は必ずしもない。

【0074】

但し、電極１４は、第１平坦化樹脂層１３上に形成されていることで、コンタクトホール１９は、例えば２μｍ程度の高低差を有している。このため、コンタクトホール１９内および隣り合う電極１４間のうち、少なくともコンタクトホール１９内を上記第２平坦化樹脂層１６で埋めることで、平坦で緻密な撥水層１８を形成することができる。

【0075】

なお、電極１４の厚みは、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍであり、コンタクトホール１９の高さと比べれば、電極１４による段差は非常に小さい。このため、電極１４間の段差は致命的な問題とはならないが、液滴５１が、隣り合う電極１４間の段差を往復することで、僅かな段差であっても、液滴５１の操作を繰り返すうちに電極１４の角部において撥水層１８の剥がれを引き起こす等してエレクトロウェッティング性能に影響を及ぼす可能性がある。したがって、コンタクトホール１９内だけでなく、隣り合う電極１４間も第２平坦化樹脂層１６で埋めることで、電極１４間の段差を無くすことができるので、そのような問題が生じることを防止することができ、信頼性をさらに向上させることができる。

【0076】

イオンバリア層１７は、液滴５１中のイオンの透過を防止する層である。イオンバリア層１７は、第１平坦化樹脂層１３、電極１４、および第２平坦化樹脂層１６上に、これら第１平坦化樹脂層１３、電極１４、および第２平坦化樹脂層１６を覆うように形成されている。

【0077】

撥水層１８は、平坦な表面を有するイオンバリア層１７上に、アレイ基板１０における対向基板４０との対向面全面を覆うように、均一な厚みで形成されている。

【0078】

（対向基板４０）
図１に示すように、対向基板４０は、支持基板である絶縁基板４１におけるアレイ基板１０との対向面に、対向電極（共通電極）として、電極４２が設けられた構成を有している。

【0079】

電極４２は、例えばベタ状に形成されており、典型的には、電極４２が、全てのアレイ素子３２に共有されている。しかしながら、各アレイ素子３２または複数のアレイ素子３２のグループが、それぞれ固有の電極４２を有していてもよい。

【0080】

電極４２は、撥水層４３で覆われている。撥水層４３は、対向基板４０におけるアレイ基板１０との対向面全面に、ベタ状に形成されている。

【0081】

（内部空間５０）
アレイ基板１０と対向基板４０との間隙には、アレイ基板１０と対向基板４０と図示しないシール材とによって囲まれた内部空間５０が形成されている。

【0082】

内部空間５０内には、導電性を有する液滴５１が束縛されている。液滴５１は、例えばイオン性液体からなり、内部空間５０内における、液滴５１によって占有されない空間は、液滴５１と混和されない、非導電性の非イオン性液体５２で満たされていてもよい。

【0083】

液滴５１には、例えば、水、電解液（電解質の水溶液）、アルコール類、各種イオン性液体等の液体を用いることができる。液滴５１としては、エレクトロウェッティングにより操作が可能な液体であれば、特に限定されるものではなく、例えば、水、全血検体、細菌性細胞懸濁液、タンパク質あるいは抗体溶液、牛血清アルブミン（ＢＳＡ）溶液、血漿緩衝液（ＰＢＳ）等の種々の緩衝液、酵素の溶液、細胞を含む食塩水、ＤＮＡまたはＲＮＡ断片、一般的な生化学における免疫学的検定を含む定量に用いられる試薬を含有する溶液等であってもよい。

【0084】

非イオン性液体５２としては、液滴５１と混和されない液体であればよい。非イオン性液体５２としては、一般的に、液滴５１よりも表面張力が小さい液体が使用される。非イオン性液体５２の一例としては、例えば、デカン、ドデカン、ヘキサデカン、ウンデカン等の炭化水素系溶媒（低分子炭化水素系溶媒）、シリコーンオイル等のオイル、フルオロカーボン系溶媒等が挙げられる。シリコーンオイルとしては、ジメチルポリシロキサン等が挙げられる。なお、非イオン性液体５２は、一種類のみを使用してもよく、適宜複数種類を混合して用いてもよい。

【0085】

また、非イオン性液体５２には、例えば、液滴５１の比重よりも比重が小さい液体が選択される。液滴５１が電解質水溶液である場合、液滴５１の比重は、ほぼ水の比重と同じ（≒１．０）であり、非イオン性液体５２には、例えばシリコーンオイル等、比重が１．０未満の液体が使用される。

【0086】

また、液滴５１および非イオン性液体５２は、粘度が低いことが好ましい。液滴５１は、所定の粘度となるように、水等で希釈調整されていてもよい。

【0087】

＜液滴５１の駆動＞
液滴５１は、撥水層１８の表面が、液滴５１と気体（もしくは非イオン性液体５２）とに接触しているときに、これら３相の接触する境界線において液滴５１の液面が撥水層１８の表面となす角度で示される接触角θをなして配されている。

【0088】

液滴５１と撥水層１８との接触角θは、液滴５１に電場を印加することで変化する。これは、液滴５１に電場を印加することで、電極１４と液滴５１との間に形成されるキャパシタの静電エネルギー分、誘電体層１５の表面エネルギーが変化することで、撥水層１８と液滴５１との間の表面張力（界面エネルギー）が変化するためである。

【0089】

なお、接触角θは、撥水層１８の表面の疎水性の尺度であり、θ＜９０度の場合は表面が親水性であり、θ＞９０度の場合は表面が疎水性であるとして定義され得る。そして、接触角θと９０度との差に従って、疎水性または親水性の程度が定義される。

【0090】

微小流体装置１の駆動時において、異なる電極１４（例えば、電極１４ａ・１４ｂ）のそれぞれに対して、異なる電圧（エレクトロウェッティング駆動電圧）が印加されることで、電圧印加によって生じた電気的な力によって、撥水層１８・４３の疎水性（撥水性）が有効に制御される。このため、例えば、異なるエレクトロウェッティング駆動電圧が印加されるように異なる電極（電極１４ａ・１４ｂ）を配置することにより、上記内部空間５０において、液滴５１を、撥水層１８の表面に沿って移動させることができる。液滴５１は、親水性がより大きい領域（言い換えれば、疎水性がより小さい領域）に向かって移動する。

【0091】

具体的には、電極４２には、常にＨｉ（ハイ）レベルの電圧が印加されている。このため、電極４２上の撥水層４３は、常に疎水性を示しており、隣り合う電極１４ａ・１４ｂに印加される電圧をＨｉ（ハイ）レベルとＬｏ（ロー）レベルとで切り替えることにより、疎水性と親水性とを切り替え、電極１４上のぬれ性に勾配をつける。

【0092】

例えば、図１に示す液滴５１を、図１に矢印で示すように内部空間５０内を移動させる場合、電極１４ａの電圧をＨｉ（ハイ）電圧とし、該電極１４ａに隣り合う電極１４ｂの電圧をＬｏ（ロー）電圧とすることで、電極１４ａ上の撥水層１８が疎水性となり、電極１４ｂ上が親水性となるので、電極１４ａ上の液滴５１は、電極１４ｂ上に移動する。

【0093】

このようにして、液滴５１を移動させたい電極１４にＬｏ電圧を印加し、液滴５１を移動させたくない電極１４にＨｉ電圧を印加することで、液滴５１の移動を制御することができる。

【0094】

＜微小流体装置１の製造方法＞
次に、微小流体装置１の製造方法について接続する。まず、微小流体装置１の各層の材料および形成方法について説明する。

【0095】

支持基板となる絶縁基板１１・４１のうち少なくとも絶縁基板４１には、透明な絶縁性基板が使用される。絶縁基板１１・４１としては、例えばガラス基板が使用されるが、これに限定されるものではなく、プラスチック基板あるいはセラミック基板等を使用してもよい。

【0096】

ゲート絶縁膜２２の材料としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、ＳｉＯ_２等が挙げられる。ゲート絶縁膜２２は、各種のＣＶＤ（化学気相成長）法、スピンコート法等、公知の方法で成膜することができる。

【0097】

ＴＦＴ２０としては、公知のＴＦＴを使用することができる。前述したように、図３では、ボトムゲート型（逆スタガ型）のＴＦＴ２０を例に挙げて図示しているが、ＴＦＴ２０の構造は、特に限定されない。なお、ＴＦＴ２０を構成する各層の材料およびＴＦＴ２０の形成方法は公知であり、ここでは、その説明を省略する。また、ゲート絶縁膜２２を含め、ＴＦＴ２０を構成する各層の厚みは、従来と同様に設定することができる。

【0098】

電極１４は、遮光性を有する金属電極であり、電極１４には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）等の金属およびその合金が用いられる。

【0099】

金属の表面は、ＩＴＯの表面と比較して平滑であり、電極１４を金属電極とすることで、ＩＴＯ電極と比較して平滑な表面を有するセグメント電極を形成することができる。

【0100】

また、上記材料のなかでも、特にＭｏは、ウェットエッチングでのエッチングレートが速いため、電極１４のエッジのテーパが緩やかになる。このため、電極１４のエッジを被覆する誘電体層１５の被覆性が向上する。特に、電極１４のエッジをイオンバリア層１７で直接覆う場合、電極１４を覆うイオンバリア層１７の被覆性が向上する。

【0101】

電極４２は、透光性電極であり、電極４２には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide：インジウム亜鉛酸化物）等の透明電極材料が用いられる。なお、電極４２は、透明電極材料に代えて上記金属の薄膜を用いた半透明電極であってもよい。電極４２に、金属材料からなる反透明電極を使用することで、電極４２および該電極４２を覆う撥水層４３の表面を平坦化することができ、液滴５１が撥水層４３に接触している場合に、液滴５１の滑り易さをさらに向上させることができる。

【0102】

また、ゲート配線およびソース配線にも、上記金属およびその合金を用いることができる。なお、電極１４、ゲート配線、およびソース配線は、同じ材料で形成されていてもよく、それぞれ異なる材料で形成されていてもよい。

【0103】

これら電極１４・４２、ゲート配線、およびソース配線は、それぞれ、上記材料からなる導電膜を成膜した後、パターニングすることで形成することができる。

【0104】

上記導電膜の成膜には、スパッタリング法等の公知の方法を用いることができる。また、上記導電膜のパターニングには、フォトリソグラフィ法等の公知のパターニング方法を用いることができる。

【0105】

電極４２、ゲート配線、およびソース配線の厚みは、特に限定されるものではなく、従来と同様に設定することができる。

【0106】

電極１４の厚みは、上記導電膜の材料に応じて、遮光性が得られるように適宜設定されていればよく、特に限定されるものではないが、遮光の目的から、５０ｎｍ以上の厚みを有していることが好ましい。但し、電極１４の厚みが大きくなると、誘電体層１５および撥水層１８の表面の平坦化が行い難くなる。このため、電極１４の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度に設定されることが望ましい。

【0107】

第１平坦化樹脂層１３および第２平坦化樹脂層１６の材料としては、例えば、ポリイミド、アクリル樹脂、レジスト材料等の樹脂が挙げられる。上記レジスト材料としては、例えば、感光性アクリレート材料等の感光性樹脂材料を使用することができる。

【0108】

第１平坦化樹脂層１３および第２平坦化樹脂層１６は、例えば数μｍの厚みを有している。これら第１平坦化樹脂層１３および第２平坦化樹脂層１６の成膜方法としては、例えば、スピンコート法あるいはスリットコート法等が挙げられる。

【0109】

第１平坦化樹脂層１３を成膜後に、フォトリソグラフィ法等により第１平坦化樹脂層１３をパターニングすることで、コンタクトホール１９を形成することができる。

【0110】

また、第２平坦化樹脂層１６を成膜後に、フォトリソグラフィ法等により第２平坦化樹脂層１６をパターニングすることで、第２平坦化樹脂層１６を島状に形成することができる。本実施形態では、第２平坦化樹脂層１６は、コンタクトホール１９内のみを埋めるように形成される。このため、フォトリソグラフィ条件をシビアにコントロールすることが望ましい。

【0111】

イオンバリア層１７の材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル等の無機材料が挙げられる。

【0112】

イオンバリア層１７は、例えば、ＣＶＤ法、真空蒸着法等、公知の方法により形成することができる。

【0113】

撥水層１８に絶縁性はなく、イオンバリア層の絶縁性が重要となる。イオンバリア層１７の厚みが薄くなると、十分な絶縁性が得られず、液滴５１を介して電極４２との間でリーク（リーク電流）が発生する。一方、イオンバリア層１７の厚みが厚くなると、エレクトロウェッティング現象が生じ難くなる。イオンバリア層１７は、例えば、数百ｎｍ（例えば２５０ｎｍ）の厚みに形成される。

【0114】

また、エレクトロウェッティング現象の生じ易さは、誘電体層１５の誘電率、特に、イオンバリア層１７の誘電率にも影響される。イオンバリア層１７の材料として、例えば上述したように窒化シリコンを用いた場合、イオンバリア層１７の誘電率は、６〜６．５（Ｆ／ｍ）程度である。

【0115】

撥水層１８の材料としては、例えば、パーフルオロアモルファス樹脂等のフッ素系の撥水処理剤等が挙げられる。そのような撥水処理剤としては、例えば、ＡＧＣ旭硝子株式会社製の「サイトップ（登録商標）−ＣＴＬ１０７ＭＫ」や「サイトップ（登録商標）−ＣＴＬ８０９Ａ」等が挙げられる。

【0116】

撥水層１８は、例えば、ディップコート法、スピンコート法、スリットコート法等、公知の方法により形成することができる。

【0117】

エレクトロウェッティング現象の生じ易さは、撥水層１８の厚みにも影響される。撥水層１８の厚みを厚くすると、エレクトロウェッティング現象が生じ難くなる。撥水層１８は、例えば数十ｎｍ（例えば５０ｎｍ）の厚みに形成される。

【0118】

次に、上記微小流体装置１の製造工程について説明する。

【0119】

まず、例えば大判ガラス基板からなる絶縁基板１１を洗浄した後、常用の方法により、絶縁基板１１上に、例えば、ゲート電極２１およびゲート配線、ゲート絶縁膜２２、半導体層２３（ｎ＋層、ｉ層）、ソース電極２４およびドレイン電極２５並びにソース配線を、この順に形成する（駆動素子形成工程）。これにより、絶縁基板１１上に、ゲート絶縁膜２２、ＴＦＴ２０、ゲート配線、およびソース配線を形成する。

【0120】

このように絶縁基板１１上にＴＦＴ２０を形成することで、上記ＴＦＴ２０を含む薄膜電子回路層１２の表面には、１６００ｎｍ以下の高低差を有する凹凸が存在する。

【0121】

次いで、上記ＴＦＴ２０を覆うように、常用の方法により、第１平坦化樹脂層１３を形成する。これにより、上記ＴＦＴ２０を含む薄膜電子回路層１２の表面の凹凸を平坦化する（第１平坦化樹脂層形成工程）。

【0122】

次に、上記第１平坦化樹脂層１３におけるドレイン電極２５上の領域に、レジストマスクを設け、エッチングを行って、上記第１平坦化樹脂層１３にコンタクトホール１９を形成する（コンタクトホール形成工程）。なお、エッチングは、ドライエッチング法やウェットエッチング法で行う。

【0123】

一例として、例えば、第１平坦化樹脂層１３とドレイン電極２５との境界面における開口径（直径）が５μｍ、高さが２μｍのコンタクトホール１９が形成される。

【0124】

次いで、上記第１平坦化樹脂層１３上に、スパッタ法を用いて、電極１４となる、遮光性を有する膜厚の金属からなる導電膜の成膜を行う。その後、上記導電膜の所定の領域にレジストマスクを設け、エッチングを行うことによって、パターン化された複数の電極１４を形成する（第１電極形成工程）。

【0125】

これにより、電極１４の形成後に、コンタクトホール１９を介して、電極１４と、ＴＦＴ２０のドレイン電極２５とが電気的に接続される。

【0126】

次いで、第１平坦化樹脂層１３上に、コンタクトホール１９および電極１４間の段差を埋めるように、第２平坦化樹脂層１６を形成する（第２平坦化合物樹脂層形成工程、誘電体層形成工程）。

【0127】

第２平坦化樹脂層１６は、第１平坦化樹脂層１３の形成方法と同様の方法により形成することができる。本実施形態では、第２平坦化樹脂層１６となる樹脂層を成膜後、第１平坦化樹脂層１３の形成に使用するフォトマスクとは異なるフォトマスクを使用し、第１平坦化樹脂層形成工程と同じプロセス条件で露光、現像、消色、プリベーク、ポストベークを行い、コンタクトホール１９内および電極１４間の第２平坦化樹脂層１６の表面が、コンタクトホール１９以外の電極１４の表面と面一となるように、第２平坦化樹脂層１６を形成した。

【0128】

次に、上記絶縁基板１１に、上記第２平坦化樹脂層１６、電極１４、および第１平坦化樹脂層１３を覆うように、常用の方法により、イオンバリア層１７を形成する（イオンバリア層形成工程、誘電体層形成工程）。

【0129】

本実施形態では、例えば、ＣＶＤ法により、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）からなる２５０ｎｍの厚みを有するイオンバリア層１７を成膜した後、接続ワイヤ３８等の外部との接続部等が露出されるように、フォトリソグラフィにより、必要に応じてパターン化した。

【0130】

その後、撥水層形成工程（撥水処理工程）を行い、上記イオンバリア層１７が形成された絶縁基板１１に、撥水層１８を形成する。

【0131】

その後、上記絶縁基板１１を、必要に応じて、所望の大きさにカットし、表面を洗浄する。なお、上記絶縁基板１１に撥水層１８を形成する前に、上記絶縁基板１１を、必要に応じて、所望の大きさにカットしてもよい。

【0132】

これにより、表面に、疎水面（撥水面）として撥水層１８が形成されたアレイ基板１０が完成する。

【0133】

その後、上記アレイ基板１０を、従来と同様にして作製した対向基板４０と、互いの電極１４・電極４２が対向するように、図示しないシール材で貼り合わせる。このとき、必要に応じて、アレイ基板１０と対向基板４０との間に、非イオン性液体５２を封入するとともに、液体注入用の図示しない開口部を形成する。これにより、微小流体装置１が製造される。

【0134】

なお、対向基板４０は、例えば、電極４２として例えばベタ状のＩＴＯ膜が設けられた絶縁基板４１に、例えばアレイ基板１０と同様にして撥水層４３を形成することで作製することができる。また、アレイ基板１０と対向基板４０との間に液体注入用の図示しない開口部を形成する代わりに、対向基板４０に、液体注入用の図示しない開口部を形成してもよい。

【0135】

＜効果＞
上述したように、微小流体装置１は、撥水層１８・４３で導電性を有する液滴５１を挟み、液滴５１と、該液滴５１の直下の誘電体層１５の下の電極１４との間に電位差を生じさせることにより、エレクトロウェッティング現象を生じさせて、液滴５１を、撥水層１８上で移動させる。

【0136】

このとき、液滴５１は、隣り合う電極１４ａ・１４ｂに異なる電圧を印加することで、複数の電極１４を跨いで、撥水層１８上を移動する。

【0137】

このため、微小流体装置１は、電極１４上の撥水層１８が平坦で流体摩擦が小さいことが望ましい。

【0138】

特に、上述したように複数の電極１４を跨いで液滴を移動させる微小流体装置１では、エレクトロウェッティングディスプレイよりも高い電圧を印加する必要がある。液滴５１は、電極１４に印加される電圧が高いほど滑り易い。しかしながら、各電極１４に電気的に接続されたＴＦＴ２０の耐圧や誘電体層１５の耐圧、特にイオンバリア層１７の耐性を考えれば、電極１４に印加される電圧は、できるだけ低いことが望ましい。液滴５１の滑りが悪ければ、液滴５１をスムーズに移動させるために、より高い電圧をかけなければならない。

【0139】

したがって、微小流体装置１における電極１４に印加される電圧を下げるには、電極１４上の撥水層１８上における液滴５１の滑り易さを高めることが非常に重要である。

【0140】

特に、電極１４の表面に凹凸が多く存在すると、その上層の誘電体層１５の表面にも多くの凹凸が形成され、さらに、その上層の液滴輸送面となる、撥水層１８の最表面にも多くの凹凸が形成される。このように、液滴輸送面に凹凸があると、液滴輸送面と液滴５１との界面で流体摩擦が生じ易くなり、液滴５１の移動が途中で止まったり、意図した通り液滴５１を移動させることができなくなったりするおそれがある。

【0141】

また、撥水層１８の下地となる誘電体層１５の凹凸も、液滴５１が移動する際に抵抗（流体摩擦）となり、液滴５１の移動を阻害する。

【0142】

以上のように、本願発明者らが鋭意検討した結果、本願発明者らは、液滴５１の移動が阻害されたり、液滴５１を移動させるために電極１４に印加する電圧が高くなったりする要因は、上述したように、突き詰めれば電極１４の表面の凹凸にあることを見出した。そして、本願発明者らは、エレクトロウェッティングディスプレイとは全く異なる、複数の電極１４を跨いで液滴を移動させる微小流体装置１では、液滴５１をスムーズに移動させる上で、液滴５１を滑らせる撥水層１８の表面の平坦性が重要であり、特に、電極１４上の撥水層１８の平坦性を高めることが重要であることを見出した。そして、本願発明者らは、電極１４上の撥水層１８の平坦性を高めるためには、電極１４の表面の平坦性を高めることが重要であることを見出した。

【0143】

上述したように、金属の表面は、ＩＴＯの表面と比較して平滑である。そして、撥水層１８の表面の平坦性は、その下地となる誘電体層１５の表面の平坦性に追随し、誘電体層１５の表面の平坦性は、その下地となる電極１４の表面の平坦性に追随する。

【0144】

したがって、第１平坦化樹脂層１３により、複数のＴＦＴ２０による、薄膜電子回路層１２の表面の凹凸を平坦化し、該第１平坦化樹脂層１３上に、電極１４として、遮光性を有する金属電極を形成することで、電極１４の表面の平坦性を従来よりも向上させることができる。この結果、電極１４上の撥水層１８の表面の平坦性を従来よりも向上させることができるので、液滴５１の流体摩擦を低減させることができる。

【0145】

また、誘電体層１５や撥水層１８の表面に凹凸が存在すると、液滴５１の流体摩擦により液滴５１の移動が阻害され、この結果、図７に二点鎖線で示したように、液滴５１が移動したとしても、液滴５１の一部が流路上に残留し、液滴５１が複数（図７に示す例では２つの液滴５１ａ・５１ｂ）に分離してしまうという問題が生じるおそれがある。

【0146】

しかしながら、本実施形態によれば、液滴５１が移動する際の抵抗（流体摩擦）を低減させることができるので、図１に示すように、液滴５１が分離されること無しに液滴５１を移動させることができる。

【0147】

このため、本実施形態によれば、電極１４上の撥水層１８の表面が平坦であり、内部空間５０において液滴５１を移動させ易い微小流体装置１を提供することができる。

【0148】

また、本実施形態では、コンタクトホール１９内および隣り合う電極１４間を第２平坦化樹脂層１６で埋めるとともに、エレクトロウェッティングディスプレイのように、内部空間５０内に、画素隔離壁等の突起部（突部）は設けられていない。このため、液滴輸送面となる撥水層１８の表面は、突部を有さない平坦面であり、本実施形態によれば、撥水層１８の表面が平坦であり、内部空間５０において液滴５１を移動させ易い微小流体装置１を提供することができる。

【0149】

また、電極１４に凹凸があると、誘電体層１５の被覆性が悪くなるとともに、凸部に電界集中し易いため、液滴５１を介して電極１４と電極４２との間でリークが発生し易くなる。

【0150】

また、撥水層１８には絶縁性が無いため、誘電体層１５に微小であっても欠陥があると、リークパスとなり、液滴５１を介して電極１４と電極４２との間でリークが発生し、この結果、電極１４と電極４２とがショートして微小流体装置１が破壊されてしまう。

【0151】

しかしながら、本実施形態によれば、上述したように、誘電体層１５による電極１４の被覆性を向上させることができる。また、電極１４上に凸部が存在せず、電界集中し難く、リークが発生し難くなる。

【0152】

また、上記微小流体装置１は、エレクトロウェッティングディスプレイとは異なり、偏光板やカラーフィルタのように外光を遮蔽する遮光体がなく、ＴＦＴ２０が外光に曝露され易い。

【0153】

図３は、ＴＦＴ２０のドレイン電流Ｉｄｓの絶対値とゲート電圧Ｖｇｓと外光の照度との関係を示すグラフである。

【0154】

図３では、外光の照度が０Ｌｕｘ、３２Ｌｕｘ、５７Ｌｕｘ、１５１Ｌｕｘ、６４８０Ｌｕｘ、１５７５０Ｌｕｘ、および３１８００Ｌｕｘである場合のＩｄｓ−Ｖｇｓ特性を示している。

【0155】

図３に示すように、外光の照度が強いほど、ＴＦＴ２０がオフ（ＯＦＦ）時にＴＦＴ２０に流れるオフリーク電流の値は大きくなる。

【0156】

本実施形態によれば、電極１４は、遮光性を有する金属電極であるため、外光を遮光することができる。したがって、例えば図３に０Ｌｕｘで示すように、オフリーク電流を流れ難くすることができる。このため、外光の曝露によるＴＦＴ２０の誤動作等の回路動作異常を防止することができる。

【0157】

なお、外光遮光は、第１平坦化樹脂層１３上に、光透過率の低い材料からなる遮光層を別途設けるか、もしくは、第１平坦化樹脂層１３に遮光機能をもたせることで第１平坦化樹脂層１３を遮光層とすることでも実現できる。しかしながら、そのような遮光層をＩＴＯ電極と組み合わせる場合、ＩＴＯ電極により、撥水層１８の表面に多くの凹凸が形成されてしまう。

【0158】

本実施形態によれば、電極１４を、遮光性を有する金属電極とすることで、別途、遮光層を追加することなく、オフリークを防止することができる。

【0159】

〔実施形態２〕
本実施形態について、図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施形態では、主に、実施形態１との相違点について説明するものとし、実施形態１で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。

【0160】

＜微小流体装置１の概略構成＞
図４は、本実施形態にかかる微小流体装置１の要部の概略構成の一例を示す断面図である。

【0161】

図４に示すように、本実施形態にかかる微小流体装置１は、アレイ基板１０において、第２平坦化樹脂層１６が、複数の電極１４を覆っている点を除けば、実施形態１にかかる微小流体装置１と同じ構成を有している。

【0162】

本実施形態では、第２平坦化樹脂層１６が、コンタクトホール１９内を埋めるとともに、コンタクトホール１９の外部の電極１４をごく薄く覆うように、第１平坦化樹脂層１３上に積層されている。これにより、第１平坦化樹脂層１３の表面における、コンタクトホール１９および隣り合う電極１４間の凹凸を平坦化している。

【0163】

コンタクトホール１９の外部における電極１４上の第２平坦化樹脂層１６の厚みは、好ましくは１０ｎｍ〜１０μｍの範囲内であり、さらに好ましくは、５００ｎｍ〜１μｍの範囲内である。特に、コンタクトホール１９の外部における電極１４上の第２平坦化樹脂層１６の厚みを５００ｎｍ〜１μｍの範囲内とすることで、十分な平坦化効果を得ることができるとともに、イオンバリア層１７の絶縁性を担保し、かつ、エレクトロウェッティングに必要な静電容量を確保することができる。

【0164】

このため、本実施形態では、イオンバリア層１７は、平坦な表面を有する第２平坦化樹脂層１６上に、電極１４とは、離間して、均一な厚みで形成されている。

【0165】

撥水層１８は、平坦な表面を有するイオンバリア層１７上に、均一な厚みで形成されている。

【0166】

＜微小流体装置１の製造方法＞
本実施形態にかかる微小流体装置１は、実施形態１において、第２平坦化樹脂層形成工程で、コンタクトホール１９の内外におけるコーティングギャップ等のスリットコート条件を変更するとともに、フォトリソグラフィの条件を変更する以外は、実施形態１と同様にして製造することができる。

【0167】

本実施形態では、コンタクトホール１９の外部の電極１４上の第２平坦化樹脂層１６を除去せずに残すことで、イオンバリア層１７の成膜後に、第２平坦化樹脂層１６のパターン化およびイオンバリア層１７のパターン化を、１回のフォトリソグラフィにより、併せて行うことができる。

【0168】

＜効果＞
本実施形態によれば、コンタクトホール１９内が第２平坦化樹脂層１６で埋められていることで、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

【0169】

また、微小流体装置１では、イオンバリア層１７の絶縁性およびリーク耐性が重要である。

【0170】

液滴５１に電場を印加すると、液滴５１中のイオンが移動する。しかしながら、イオンバリア層１７のような無機層には分子レベルで欠陥が存在することから、液滴５１中のイオンが撥水層１８およびイオンバリア層１７の欠陥を通り超して電極１４に達すると、リークが生じてしまう。

【0171】

誘電体層１５に無機材料からなるイオンバリア層１７を用いると、誘電率が高くなることから、液滴５１を移動させるための電圧が下がる。しかしながら、その一方で、リーク耐性のリスクが高まる。

【0172】

本実施形態によれば、第２平坦化樹脂層１６が、コンタクトホール１９の外部の電極１４を覆っていることで、電極１４上の第２平坦化樹脂層１６によって、絶縁性を高めることができるので、イオンバリア層１７の絶縁性を担保することができる。

【0173】

また、樹脂層は、水等のイオン性液体をはじくとともに、イオンを通し難いという性質を有している。このため、第２平坦化樹脂層１６が、コンタクトホール１９の外部の電極１４を覆っていることで、イオンバリア層１７の耐リーク性を補強することができるので、上記アレイ基板１０のリーク耐性を向上させることができる。

【0174】

また、本実施形態によれば、実施形態１のように第２平坦化樹脂層１６の表面が電極１４の表面と面一になるようにコンタクトホール１９内を第２平坦化樹脂層１６で埋める場合と比較して、第２平坦化樹脂層１６のフォトリソグラフィ条件におけるマージンを、より多く取ることができる。

【0175】

さらに、本実施形態によれば、第２平坦化樹脂層１６が複数の電極１４を覆っていることで、電極１４間の凹凸を平坦化することができる。前述したように、電極１４間の段差は致命的な問題とはならないが、液滴５１の操作を繰り返すうちに、電極１４の角部において撥水層１８の剥がれを引き起こす等してエレクトロウェッティング性能に影響を及ぼす可能性がある。しかしながら、本実施形態によれば、上記アレイ基板１０の表面のより完全な平坦化を実現することができる。したがって、信頼性をさらに向上させることができる。

【0176】

〔実施形態３〕
本実施形態について、図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施形態では、主に、実施形態１、２との相違点について説明するものとし、実施形態１、２で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。

【0177】

＜微小流体装置１の概略構成＞
図５は、本実施形態にかかるアレイ基板１０の要部の概略構成の一例を示す断面図である。

【0178】

図５に示すように、本実施形態にかかる微小流体装置１は、アレイ基板１０において、イオンバリア層１７が複数の電極１４を覆っており、第２平坦化樹脂層１６がイオンバリア層１７上を覆っている点を除けば、実施形態１、２にかかる微小流体装置１と同じ構成を有している。

【0179】

すなわち、本実施形態では、イオンバリア層１７が、電極１４と第２平坦化樹脂層１６との間に設けられており、イオンバリア層１７が、コンタクトホール１９の内外における電極１４を直接覆っている。第２平坦化樹脂層１６は、コンタクトホール１９を、イオンバリア層１７の上から埋めるとともに、コンタクトホール１９の外部のイオンバリア層１７をごく薄く覆うように、イオンバリア層１７上に積層されている。

【0180】

コンタクトホール１９の外部における電極１４上の第２平坦化樹脂層１６の厚みは、実施形態１同様、好ましくは１０ｎｍ〜１０μｍの範囲内であり、さらに好ましくは、５００ｎｍ〜１μｍの範囲内である。実施形態１で説明したように、特に、コンタクトホール１９の外部における電極１４上の第２平坦化樹脂層１６の厚みを５００ｎｍ〜１μｍの範囲内とすることで、十分な平坦化効果を得ることができるとともに、イオンバリア層１７の絶縁性を担保し、かつ、エレクトロウェッティングに必要な静電容量を確保することができる。

【0181】

本実施形態でも、実施形態１、２同様、撥水層１８は、平坦な表面を有するイオンバリア層１７上に、均一な厚みで形成されている。

【0182】

＜微小流体装置１の製造方法＞
本実施形態にかかる微小流体装置１は、実施形態２において、イオンバリア層形成工程と、第２平坦化樹脂層形成工程との順番を入れ替える以外は、実施形態２と同様にして製造することができる。

【0183】

すなわち、本実施形態では、パターン化された電極１４を形成した後、電極１４を覆うように、第１平坦化樹脂層１３上に、実施形態１と同様にしてイオンバリア層１７を形成する。その後、イオンバリア層１７上に、実施形態２と同様にして第２平坦化樹脂層１６を形成した後、第２平坦化樹脂層１６上に、撥水層１８を形成する。

【0184】

＜効果＞
本実施形態によれば、コンタクトホール１９内が第２平坦化樹脂層１６で埋められているとともに、第２平坦化樹脂層１６が、イオンバリア層１７を介してコンタクトホール１９の外部の電極１４を覆っていることで、実施形態１、２と同様の効果を得ることができる。

【0185】

また、微小流体装置１の場合、電極１４上の層の膜質や膜密度が重要となる。

【0186】

実施形態２では、第２平坦化樹脂層１６上にイオンバリア層１７を形成していることから、第２平坦化樹脂層１６からのデガスによるガスで、イオンバリア層１７の膜質が低下されることが懸念される。しかしながら、本実施形態によれば、アレイ基板１０におけるほぼ全ての領域で、電極１４上に、直接イオンバリア層１７が形成されるので、上述したような懸念が低減できる。

【0187】

〔実施形態４〕
本実施形態について、図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施形態では、主に、実施形態１〜３との相違点について説明するものとし、実施形態１〜３で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。

【0188】

近年、例えば特許文献２に示すように、磁性粒子を用いた液滴操作が提案されている。

【0189】

磁性粒子は、磁性を帯びている。このため、抗体を固定化した磁性粒子やタンパク質を結合させた磁性粒子を磁石に引き寄せることで、例えば蛋白質を分離する共免疫沈降法等において、溶液中のターゲットを、遠心分離機を使用せずに迅速かつ穏やかな条件下で分離することができる。また、磁性粒子を用いることで、特許文献２に示すように、生体サンプル（たとえば血液または尿）内のターゲットを、当該ターゲットに特有な抗体を用いて検出する免疫アッセイのための洗浄を行うことができる。

【0190】

本実施形態では、微小流体装置１を、免疫アッセイのための液滴５１の洗浄に利用する場合を例に挙げて説明する。

【0191】

＜微小流体装置１の概略構成＞
図６は、本実施形態にかかる微小流体装置１の要部の概略構成の一例を示す断面図である。

【0192】

図６に示すように、本実施形態にかかる微小流体装置１は、液滴５１が磁性粒子５３を含んでいる点、および磁石６１が設けられている点を除けば、実施形態１〜３にかかる微小流体装置１と同じ構成を有している。

【0193】

すなわち、本実施形態では、液滴５１の内部には、複数の磁性粒子５３が含まれている。磁性粒子５３は、磁場の存在下において固定される。磁場は、磁石６１のＮ極６１ＮおよびＳ極６１Ｓによって、液滴５１の内部にある複数の磁性粒子５３に与えられる。

【0194】

なお、ここで、磁性粒子５３を固定（固定化）するとは、磁性粒子５３が、液滴５１の所定の位置において実質的に動かなくなることを意味する。

【0195】

磁性粒子５３の材料の例としては、常磁性体、強磁性体、フェリ磁性体、およびメタ磁性体が挙げられる。適切な常磁性体の例としては、鉄、ニッケル、コバルト、並びに、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＢａＦｅ_１２Ｏ_１９、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｍｎ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＭｎＰ等の金属酸化物が挙げられる。

【0196】

磁石６１のＳ極６１Ｓは、絶縁基板４１の上面に配置されている。また、磁石６１のＮ極６１Ｎは、絶縁基板１１の下面に配置されている。このとき、磁石６１は、微小流体装置１と一体化されてもよく、絶縁基板４１および絶縁基板１１に十分に近接して配置されてもよい。

【0197】

磁石６１が絶縁基板４１および絶縁基板１１に近接して配置されることで、磁性粒子５３は、適切に引き付けられて、液滴５１内に固定化される。このとき、全てまたは実質的に全ての磁性粒子５３は、単一の液滴５１内に保持される。磁石６１に引き付けられる磁性粒子５３は、例えば、液滴５１内の中央位置に局在化して配置される。磁石６１は、単一のＵ字形、Ｃ字形、蹄鉄型の永久磁石、または電磁石であってもよい。磁石６１が設けられる目的は、磁性粒子５３を磁場により固定し、保持することである。

【0198】

なお、図６では、絶縁基板４１の上面および絶縁基板１１の下面に対向して磁石６１が配置される場合を例に挙げて図示しているが、本実施形態は、これに限定されるものではない。磁石６１は、絶縁基板１１・４１のうち何れか一方の絶縁基板のみ面して設けられていてもよい。また、磁石６１は、磁性粒子５３を移動させるために、移動自在に設けられていてもよい。本実施形態でも、非イオン性液体５２は必須ではない。

【0199】

本実施形態にかかる微小流体装置１は、磁石６１を備え、磁石６１を用いて磁性粒子５３の少なくとも固定化を行う。

【0200】

このため、電極１４・４２には、磁石６１の磁場の影響を受けない非磁性材料が使用される。本実施形態では、電極１４の材料に、非磁性金属材料が使用される。非磁性金属材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｇ、およびその合金等、前記実施形態１で例示した金属材料が挙げられる。なお、ＩＴＯ等の透明電極は非磁性であり、電極４２には、前記実施形態１で例示した透明電極もしくは非磁性の金属の薄膜からなる半透明電極等の透光性電極を使用することができる。

【0201】

＜微小流体装置１を用いた免疫アッセイのための液滴５１の洗浄＞
典型的な免疫アッセイでは、磁性粒子５３に結合された第１の抗体（磁性粒子−抗体複合体）を含む液滴５１と、ターゲットを含む液滴５１とを混合することで、ターゲットが、磁性粒子−抗体複合体に結合される。その後、この液滴５１に、蛍光物に共役された第２の抗体を含む液滴５１が加えられると、第２の抗体は、磁性粒子−抗体複合体に結合されたターゲットに結合して、磁性粒子５３、第１の抗体、ターゲット、および第２の抗体の複合体である結合抗体複合体を形成する。

【0202】

洗浄は、誤った正信号を与えかねない非結合の第２の抗体を取り除き、上記結合抗体複合体のみを残すために、結合抗体複合体を、非結合の抗体から分離することを示す。

【0203】

洗浄工程において、上記結合抗体複合体を含む液滴５１は、洗浄バッファからなる液滴５１と混合される。洗浄は、具体的には、以下のようにして行われる。なお、図６では、液滴５１中の抗体およびターゲットの図示を省略し、液滴５１中には、磁性粒子５３のみを図示している。

【0204】

まず、磁性粒子５３を含む液滴５１（第１の液滴５１）および洗浄のための液滴５１（第２の液滴５１）のうち少なくとも一方を、エレクトロウェッティングを用いた液滴操作により移動させて混合し、磁石６１により磁場を付与することによって、磁性粒子５３を固定する。

【0205】

洗浄前の状態において、磁性粒子５３を含む液滴５１（第１の液滴５１）は、自由な非結合の抗体とともに結合抗体複合体を含む汚れた液滴であり、洗浄のための液滴５１（第２の液滴５１）は、洗浄バッファ（例えばＨＥＰＥＳ：４−（２−ヒドロキシエチル）−１−ピペラジンエタンスルホン酸）のみを含む綺麗なバッファ液滴である。

【0206】

液滴５１の移動が完了し、上記第１の液滴５１が上記第２の液滴５１と混合されると、結合抗体複合体は、第１の液滴５１から第２の液滴５１に移動する。なお、このとき、結合抗体複合体が第１の液滴５１から第２の液滴５１に移動することができるように磁石６１が移動してもよい。

【0207】

この結果、第１の液滴５１は、非結合の抗体のみを含み、第２の液滴５１は、非結合の抗体をできるだけ少なく含みつつ結合抗体複合体のみを含む。

【0208】

次いで、液滴操作を用いて、混合された液滴５１を、第１の液滴５１と第２の液滴５１とに分離する。これにより、混合された液滴５１を、磁性粒子５３を含む液滴５１と、磁性粒子５３を実質的に含まない液滴５１とに分離する。

【0209】

そして、上記磁性粒子５３を含む液滴５１（この段階では、結合抗体複合体を含む第２の液滴）が磁石６１により固定化されて静止状態を維持し、汚れた液滴５１（この段階では、第１の液滴５１）が第２の液滴５１から離れるように、汚れた液滴５１を、図６に矢印で示す方向に移動する。これにより、磁性粒子５３を囲む一部または全ての液滴５１を除去する。この操作を、所定の精製の度合いが達成されるまで繰り返す。

【0210】

＜効果＞
以上のように、本実施形態にかかる微小流体装置１は、磁石６１を備え、磁石６１を用いて磁性粒子５３の固定化あるいは移動を行う。

【0211】

このため、電極１４・４２には、磁場の影響を受けない非磁性材料が使用される。このとき、電極１４には金属材料が使用されることから、上記金属材料としては、非磁性金属材料が使用される。

【0212】

このように電極１４が、非磁性金属材料からなる、遮光性を有する金属電極であることで、磁場の影響を受けずに液滴５１を移動させることができるとともに、電極１４上の撥水層１８の表面の平坦性が高く、液滴５１を移動させ易く、かつ、電極１４と電極４２との間で、液滴５１を介してリークが発生し難い微小流体装置１を提供することができる。

【0213】

〔まとめ〕
本発明の態様１にかかる微小流体装置１は、（Ｉ）複数の第１電極（電極１４・１４ａ・１４ｂ）と、上記複数の第１電極にそれぞれ電気的に接続され、上記複数の第１電極をそれぞれ駆動する複数の駆動素子（ＴＦＴ２０）と、上記複数の駆動素子を覆う第１平坦化樹脂層１３と、上記複数の第１電極を覆う誘電体層１５と、上記誘電体層１５を覆う第１撥水層（撥水層１８）とを有する第１基板（アレイ基板１０）と、（II）上記第１基板に対向配置されており、上記複数の第１電極に対向配置された、少なくとも１つの第２電極（電極４２）と、上記少なくとも１つの第２電極を覆う第２撥水層（撥水層４３）とを有し、上記第１基板との間に、導電性を有する微小流体（液滴５１）を、上記複数の第１電極を跨いで移動させる内部空間５０を形成する第２基板（対向基板４０）とを備え、上記複数の第１電極は、上記第１平坦化樹脂層１３上に設けられているとともに、遮光性を有する金属電極である。

【0214】

すなわち、上記微小流体装置１は、互いに対向配置された第１基板（アレイ基板１０）と第２基板（対向基板４０）とを備え、上記第１基板は、複数の第１電極（電極１４）と、上記複数の第１電極にそれぞれ電気的に接続され、上記複数の第１電極をそれぞれ駆動する複数の駆動素子（ＴＦＴ２０）と、上記複数の駆動素子の表面の凹凸を平坦化する第１平坦化樹脂層１３と、上記複数の第１電極を覆う誘電体層１５と、上記誘電体層１５を覆う第１撥水層（撥水層１８）とを含み、上記第２基板（対向基板４０）は、上記複数の第１電極に対向配置された、少なくとも１つの第２電極（電極４２）と、上記少なくとも１つの第２電極を覆う第２撥水層（撥水層４３）とを含み、上記第１基板と上記第２基板との間には、導電性を有する微小流体（液滴５１）を、上記複数の第１電極を跨いで移動させる内部空間５０が形成されており、上記複数の第１電極は、上記第１平坦化樹脂層１３上に設けられているとともに、遮光性を有する金属電極である。

【0215】

セグメント電極を跨いで液滴を移動させる微小流体装置では、エレクトロウェッティングディスプレイよりも高い電圧を印加する必要がある。

【0216】

したがって、微小流体装置におけるセグメント電極に印加される電圧を下げるには、セグメント電極上の撥水層上における微小流体の滑り易さを高めることが非常に重要である。

【0217】

金属の表面は、ＩＴＯの表面と比較して平滑である。そして、撥水層の表面の平坦性は、その下地となる誘電体層の表面の平坦性に追随し、誘電体層の表面の平坦性は、その下地となる第１電極の表面の平坦性に追随する。

【0218】

上記態様によれば、第１平坦化樹脂層１３により、駆動素子の表面の凹凸が平坦化されているとともに、該第１平坦化樹脂層１３上に、セグメント電極として上記複数の第１電極が設けられている。そして、上記複数の第１電極が、遮光性を有する金属電極であるため、ＩＴＯ電極を用いた微小流体装置よりも、上記第１撥水層の表面の平坦性が高く、流体摩擦が生じ難い。このため、上記第１撥水層表面で微小流体が滑り易い。

【0219】

また、上記第１撥水層の下地の凹凸は、微小流体が移動する際に抵抗（流体摩擦）となる。

【0220】

上記態様によれば、上記第１平坦化樹脂層１３上に、表面が平滑な金属で上記第１電極を形成することで、上記誘電体層１５による上記第１電極の被覆性を向上させることができるとともに、微小流体が移動する際の抵抗（流体摩擦）を低減させることができる。このため、上記態様によれば、上記第１撥水層の剥離により微小流体の移動が阻害されることがない。

【0221】

したがって、上記態様によれば、従来よりもセグメント電極上の撥水層の表面の平坦性が高く、上記内部空間５０において微小流体を移動させ易い微小流体装置１を提供することができる。

【0222】

また、上記第１電極に凹凸があると、上記誘電体層１５の被覆性が悪くなるとともに、凸部に電界集中し易いため、微小流体を介して第１電極と第２電極との間でリークが発生し易くなる。

【0223】

また、一般的に、撥水層には絶縁性が無く、上記誘電体層の絶縁性が重要である。上記誘電体層に微小であっても欠陥があると、リークパスとなり、微小流体を介して上記第１電極と上記第２電極とがショートし、微小流体装置１が破壊されてしまう。

【0224】

しかしながら、上記態様によれば、上記第１平坦化樹脂層１３上に、表面が平滑な金属で上記第１電極を形成することで、上記誘電体層１５の被覆性を向上させることができる。また、上記第１電極上に凸部が存在せず、電界集中し難く、リークが発生し難くなる。

【0225】

また、上記微小流体装置１は、エレクトロウェッティングディスプレイとは異なり、偏光板やカラーフィルタのように外光を遮蔽するものがない。しかしながら、上記態様によれば、上記複数の第１電極が、遮光性を有する金属電極であるため、外光を遮断することができる。このため、上記駆動素子のオフリーク電流が流れ難く、外光の曝露による上記駆動素子の誤動作等の回路動作異常を防止することができる。

【0226】

本発明の態様２にかかる微小流体装置１は、上記態様１において、上記複数の第１電極は、上記第１平坦化樹脂層１３に設けられたコンタクトホール１９を介して上記複数の駆動素子にそれぞれ接続されており、上記誘電体層１５は、上記コンタクトホール１９を埋める少なくとも１層の第２平坦化樹脂層１６と、無機材料からなる少なくとも１層のイオンバリア層１７とを含んでいてもよい。

【0227】

上記の構成によれば、平坦化樹脂層を、上記駆動素子を覆う第１平坦化樹脂層１３と、上記コンタクトホール１９を埋める第２平坦化樹脂層１６との少なくとも２層で構成し、上記コンタクトホール１９を上記第２平坦化樹脂層１６で埋めることで、平坦で緻密な撥水層１８を形成することができる。

【0228】

本発明の態様３にかかる微小流体装置１は、上記態様２において、上記第２平坦化樹脂層１６が上記複数の第１電極を覆っており、上記イオンバリア層１７が上記第２平坦化樹脂層１６を覆っていてもよい。

【0229】

上記の構成によれば、上記第１電極上の第２平坦化樹脂層１６によって、絶縁性を高めることができるので、イオンバリア層１７の絶縁性を担保することができる。

【0230】

また、樹脂層は、水等のイオン性液体をはじくとともに、イオンを通し難いという性質を有している。このため、上記の構成によれば、上記イオンバリア層１７の耐リーク性を補強することができるので、上記微小流体装置１のリーク耐性を向上させることができる。

【0231】

また、上記の構成によれば、第２平坦化樹脂層１６の表面が上記第１電極の表面と面一になるようにコンタクトホール１９内を第２平坦化樹脂層１６で埋める場合と比較して、第２平坦化樹脂層１６のフォトリソグラフィ条件におけるマージンを、より多く取ることができる。

【0232】

さらに、上記の構成によれば、第２平坦化樹脂層１６が、上記複数の第１電極を覆っていることで、上記第１電極間の凹凸を平坦化することができる。このため、上記の構成によれば、上記第１基板の表面のより完全な平坦化を実現することができるので、信頼性をさらに向上させることができる。

【0233】

本発明の態様４にかかる微小流体装置１は、上記態様２において、上記イオンバリア層１７が上記複数の第１電極を覆っており、上記第２平坦化樹脂層１６が上記イオンバリア層１７を覆っていてもよい。

【0234】

上記の構成によれば、第２平坦化樹脂層１６が、上記複数の第１電極を覆うイオンバリア層１７を覆っていることで、上記第１電極間の凹凸を平坦化することができる。このため、上記の構成によれば、上記第１基板の表面のより完全な平坦化を実現することができるので、信頼性をさらに向上させることができる。

【0235】

また、上記の構成によれば、第２平坦化樹脂層１６からのデガスによるガスでイオンバリア層１７の膜質が低下することを抑制することができる。

【0236】

本発明の態様５にかかる微小流体装置１は、上記態様２において、上記第２平坦化樹脂層１６は、上記コンタクトホール１９内および上記複数の第１電極間のうち少なくとも上記コンタクトホール１９内に設けられており、上記第１電極上には設けられておらず、上記イオンバリア層１７は、上記第２平坦化樹脂層１６および上記複数の第１電極を覆っていてもよい。

【0237】

上記の構成によれば、上記第２平坦化樹脂層１６は、上記コンタクトホール１９内および上記複数の第１電極間のうち少なくとも上記コンタクトホール１９内に設けられており、上記第１電極上には設けられていないことで、使用材料の削減並びにアレイ基板１０の薄型化を図ることができる。

【0238】

本発明の態様６にかかる微小流体装置１は、上記態様１〜５の何れかにおいて、上記微小流体は磁性粒子５３を含む微小流体であり、上記磁性粒子５３を固定化する磁石６１をさらに備え、上記第１電極は、非磁性金属材料で形成されていてもよい。

【0239】

上記の構成によれば、上記第１電極に非磁性金属材料を使用することで、上記したように微小流体装置１が、磁性粒子５３を固定化する磁石６１を備えている場合であっても、磁場の影響を受けることなく、磁性粒子を含む上記微小流体を移動させることができる。このため、上記の構成によれば、磁場の影響を受けずに上記微小流体を移動させることができるとともに、上記第１電極上の第１撥水層の表面の平坦性が高く、上記微小流体を移動させ易く、かつ、上記第１電極と上記第２電極との間で、上記微小流体を介してリークが発生し難い微小流体装置１を提供することができる。

【0240】

本発明の態様７にかかる微小流体装置１は、上記態様１〜６の何れかにおいて、上記第１電極はモリブデンで形成されていてもよい。

【0241】

上記の構成によれば、上記第１電極をモリブデンで形成することで、ＩＴＯ電極と比較して平滑な表面を有するセグメント電極を形成することができる。また、金属のなかでも特にモリブデンはウェットエッチングでのエッチングレートが速い。このため、上記第１電極をモリブデンで形成することで、上記第１電極のエッジのテーパが緩やかになるため、上記第１電極のエッジを覆う誘電体層の被覆性が向上する。

【0242】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

【符号の説明】

【0243】

１ 微小流体装置
２ セル
１０ アレイ基板
１１、４１ 絶縁基板
１２ 薄膜電子回路層
１３ 第１平坦化樹脂層
１４、１４ａ、１４ｂ、４２ 電極
１５ 誘電体層
１６ 第２平坦化樹脂層
１７ イオンバリア層
１８、４３ 撥水層
１９ コンタクトホール
２０ ＴＦＴ（駆動素子）
２１ ゲート電極
２２ ゲート絶縁膜
２３ 半導体層
２４ ソース電極
２５ ドレイン電極
３１ 電極アレイ
３２ アレイ素子
３３ アレイ素子回路
３４ 行駆動回路
３５ 列駆動回路
３６ シリアルインターフェース
３７ 電圧供給インターフェース
３８ 接続ワイヤ
４０ 対向基板
４１ 絶縁基板
５０ 内部空間
５１ 液滴（微小流体）
５２ 非イオン性液体
５３ 磁性粒子
６１ 磁石
６１Ｓ Ｓ極
６１Ｎ Ｎ極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】