2D Liquid Lens Based on EWOD

Abstract

[ANGLÈS] This thesis presents the fabrication, development and characteristics of a liquid lens based on electrowetting. Essentially, when the lens is in liquid form, both its position and its curvature can be reversibly tuned through electrowetting. Variable focal length liquid microlenses are being used to create the next generation lenses for a wide variety of microelectromechanical systems (MEMS) and NEMS applications. In real-time operations, the application of a voltage causes the lens to change its focal length. The liquid lens recovers its initial focal length upon removal of the voltage. Taking a wettability mechanism approach, surface properties are determined by contact angles of different test liquids on the samples due to their unique surface energies [1]. To search out and examine the particularities, in an attempt to learn the facts about liquid lenses, electrowetting is incorporated into the design of a liquid lens in a certain fabrication plan. This electrowetting is considered to control and maintain the planar (2D) liquid lens shape and its position by applying potential between electrodes and ground through the conductive liquid. Based on this electrowetting, a planar liquid lens is designed, consisting of conductive liquid such as oil or water and substrate with specific pattern of electrodes. The conductive drop should be confined to the center position. The electrodes, covered by a hydrophobic layer, when applying electric potential on them (or some of them) help to change the shape and position of the droplet that forms the lens. The focal length of the lens also varies, according to different droplet dimensions.

[CASTELLÀ] Esta tesis presenta la fabricación, el desarrollo y la caracterización de una lente de líquido basado en "electrowetting". Esencialmente, cuando la lente está en forma líquida, tanto su posición como su curvatura puede ser controlado aplicando un potencial, lo que modifica las características físicas del líquido, variando así su ángulo de contacto. Microlentes líquidas de longitud variable se utilizan para crear las lentes de próxima generación para una amplia variedad de sistemas microelectromecánicos (MEMS) y aplicaciones de NEMS. En operaciones en tiempo real, la aplicación de un voltaje hace que la lente cambie su longitud focal, recuperando esta su longitud focal al retirar la tensión. Tomando un enfoque mecanico del "wetting", las propiedades de una superficie están determinadas por los ángulos de contacto del líquido de ensayo, debido a sus energías superficiales únicas [1]. Para buscar y examinar las características principales de las lentes líquidas, en este trabajo se ha realizado el diseño de una lente líquida basada en el efecto del "electrowetting", partiendo del diseño, la fabricación y la caracterización final. Se realizó un diseño de electrodos planar, para obtener un control planar (2D) de la lente, variando su forma y posición aplicando un potencial entre sus electrodos. Basado en este diseño se fabricó la lente líquida, que consistio en una gota de líquido conductor, aceite o agua y un substrato con los electrodos que están cubiertos por una capa hidrofóbica. La gota conductora está inicialmente confinada en una posición central. Los electrodos, al aplicar la diferencia de potencial cambian la forma y la posición de la gota que forma la lente. La distancia focal de la lente también varía, de acuerdo con la variación del tamaño de la gota.

[CATALÀ] Aquesta tesi presenta la fabricació, el desenvolupament i la caracterització d'una lent de líquid basat en "electrowetting". Essencialment, quan la lent està en forma líquida, tant la seva posició com la seva curvatura poden ser controlades aplicant un potencial, fet que modifica les característiques físiques del líquid, variant així el seu angle de contacte. S'utilitzen microlents líquides de longitud variable per crear les lents de pròxima generació per a una àmplia varietat de sistemes microelectromecànics (MEMS) i aplicacions de NEMS. En operacions en temps real, l'aplicació d'un voltatge fa que la lent canviï la seva longitud focal, recuperant aquesta la seva longitud focal en retirar la tensió. Prenent un enfocament mecànic del "wetting", les propietats d'una superfície estan determinades pels angles de contacte del líquid d'assaig, a causa de les seves energies superficials úniques [1]. Per buscar i examinar les característiques principals de les lents líquides, en aquest treball s'ha realitzat el disseny d'una lent líquida basada en l'efecte del "electrowetting", partint del disseny, la fabricació i la caracterització final. Es va realitzar un disseny d'elèctrodes planar, per obtenir un control planar (2D) de la lent, variant la seva forma i posició aplicant un potencial entre els seus elèctrodes. Basat en aquest disseny es va fabricar la lent líquida, que va consistir en una gota de líquid conductor, oli o aigua i un substrat amb els elèctrodes que estan coberts per una capa hidrofòbica. La gota conductora està inicialment confinada en una posició central. Els elèctrodes, en aplicar la diferència de potencial canvien la forma i la posició de la gota que forma la lent. La distància focal de la lent també varia, d'acord amb la variació de la grandària de la gota.