有源矩阵设备和驱动方法技术

一种有源矩阵介质上电润湿(AM‑EWOD)设备，包括：以阵列布置的多个阵列元件，阵列元件中的每一个包括阵列元件电路系统、元件电极和参考电极。阵列元件电路系统包括：致动电路，被配置为将致动电压施加到电极；以及阻抗传感器电路，被配置为感测阵列元件电极处的阻抗以确定所述阵列元件处的液滴性质。阻抗传感器电路通过扰动施加到参考电极的电位来操作。AM‑EWOD设备包括共同行寻址线。阻抗传感器电路还通过在公共寻址线上提供电压信号来操作，以实现复位操作和用于选择阵列中要被感测的行的操作两者。电路系统在操作阻抗传感器电路期间将阵列元件与所述致动电压隔离。

Active matrix devices and driving methods

An active matrix dielectric wetting (AM EWOD) device includes a plurality of array elements arranged in an array. Each of the array elements includes an array element circuit system, a component electrode, and a reference electrode. The array element circuit system includes the actuating circuit, which is configured to apply the actuated voltage to the electrode; and the impedance sensor circuit, configured to detect the impedance at the electrode of the array element to determine the droplet properties at the array element. The impedance sensor circuit operates through a potential applied to the reference electrode. The AM EWOD device includes a common peer addressing line. The impedance sensor circuit is also operated by providing voltage signals on the common addressing line to realize the operation of the reset operation and the operation for selecting the lines to be sensed in the array. The circuit system isolates the array elements from the actuating voltage during the operation of the impedance sensor circuit.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有源矩阵设备和驱动方法
本专利技术涉及有源矩阵阵列及其元件。在特定方面，本专利技术涉及数字微流体，并且更具体地涉及有源矩阵介质上电润湿(AM-EWOD)，并且还涉及驱动这种设备的方法。
技术介绍
介质上电润湿(EWOD)是用于通过施加电场来操纵流体的液滴的公知技术。有源矩阵EWOD(AM-EWOD)是指例如通过使用薄膜晶体管(TFT)，在包含晶体管的有源矩阵阵列中实现EWOD。因此，它是用于芯片上实验室技术的数字微流体的候选技术。对该技术的基本原理的介绍可以在以下中找到：“Digitalmicrofluidics：isatruelab-on-a-chippossible？”，R.B.Fair，MicrofluidNanofluid(2007)3：245-281。图1在横截面中示出了常规EWOD设备的一部分。该设备包括下基板72，其最上层由导电材料形成，导电材料被图案化以便实现多个阵列元件电极38(例如，图1中的38A和38B)。给定阵列元件的电极可以被称为阵列元件电极38。包括极性材料(其通常也是含水的和/或离子的)的液体液滴4被约束在下基板72和顶基板36之间的平面中。可以通过间隔物32实现两个基板之间的合适的间隙，并且非极性流体34(例如油)可以用于占据未被液体液滴4占据的容积。设置在下基板72上的绝缘体层20将导电元件电极38A、38B与第一疏水涂层16分离，液体液滴4以θ表示的接触角6位于第一疏水涂层16上。疏水涂层由疏水材料(通常但不一定是含氟聚合物)形成。在上基板36上是第二疏水涂层26，液滴4可以与第二疏水涂层26接触。在顶基板36和第二疏水涂层26之间插入参考电极28。接触角θ6如图1所示限定，并且由固液(γSL)、液气(γLG)和非极性流体(γSG)界面之间的表面张力分量的平衡来确定，并且在没有施加电压的情况下满足杨氏定律，等式由下式给出：在某些情况下，所涉及的材料的相对表面张力(即γSL、γLG和γSG的值)可以是使得等式(1)的右手侧小于-1。这在非极性流体34是油的情况下通常可能发生。在这些条件下，液体液滴4可能与疏水性涂层16和26失去接触，并且可以在液体液滴4和疏水性涂层16和26之间形成非极性流体34(油)的薄层。在操作中，称为EW驱动电压的电压(例如图1中的VT、V0和V00)可以从外部施加到不同的电极(例如，分别为参考电极28、阵列元件电极38、38A和38B)。所建立的结果电力有效地控制疏水涂层16的疏水性。通过安排将不同的EW驱动电压(例如V0和V00)施加于不同的元件电极(例如38A和38B)，液体液滴4可以在两个基板72和36之间的横向平面中移动。在下面的描述中，将假定EWOD设备的元件(诸如图1的设备)可以接收“数字”数据，使得该元件需要被置于“致动”状态或“非致动”状态中，在“致动”状态中，跨元件施加的电压足以使元件中的液体液滴(如果液体液滴存在于元件中)经受显著的电润湿力，在“非致动”状态中，跨元件施加的电压不足以使元件中的液体液滴(如果液体液滴存在于元件中)经受显著的电润湿力。通过跨EWOD元件施加量值等于或大于阈值电压VEW的电压差，可以使EWOD设备的元件置于致动状态中，而如果跨EWOD元件的电压差的量值小于阈值电压VEW，则该元件处于其非致动状态中。阈值电压VEW通常被称为“致动电压”，并且该术语在下面使用。实际上，阈值电压通常可以被确定为实现液滴操作(例如液滴的移动或分裂)所需的最小电压。实际上，非致动状态通常可以是零伏特。通常，EWOD系统可以被认为是数字的，在于EWOD元件被编程到致动状态或非致动状态。然而应该理解，EWOD设备也可以通过提供模拟数据来操作，使得EWOD元件可以被部分地致动。US6565727(Shenderov，2003年5月20日发布)公开了一种用于使液滴移动穿过阵列的无源矩阵EWOD设备。US6911132(Pamula等人，2005年6月28日发布)公开了一种用于在两个维度上控制液滴的位置和移动的二维EWOD阵列。US6565727还公开了用于其他液滴操作(包括液滴的分裂和合并，以及将不同材料的液滴混合在一起)的方法。US7163612(Sterling等人，2007年1月16日发布)描述了基于TFT的薄膜电子器件可以如何用于通过使用与有源矩阵(AM)显示技术中采用的电路布置相似的电路布置来控制对EWOD阵列的电压脉冲的寻址。US7163612的方法可以称为“介质上有源矩阵电润湿”(AM-EWOD)。使用基于TFT的薄膜电子器件来控制EWOD阵列有若干优点，即：(a)电子驱动电路可以集成到下基板72上。(b)基于TFT的薄膜电子器件非常适合于AM-EWOD应用。它们生产便宜，从而可以以相对低的成本生产相对大的基板面积。(c)在标准工艺中制造的TFT可以设计成在比标准CMOS工艺中制造的晶体管高得多的电压下操作。这是重要的，因为许多EWOD技术需要施加超过20V的EWOD致动电压。US7163612的缺点在于它没有公开用于实现AM-EWOD的TFT背板的任何电路实施例。EP2404675(Hadwen等人，2012年1月11日公布)描述了用于AM-EWOD设备的阵列元件电路。已知各种方法用于编程并将EWOD致动电压施加到EWOD元件电极。所描述的编程功能包括标准装置的存储器元件(例如基于动态RAM(DRAM)或静态RAM(SRAM))和用于对阵列元件进行编程的输入线。虽然EWOD(和AM-EWOD)设备可以用DC或AC致动电压操作，但实际上，如先前引用的参考文献(R.B.Fair，MicrofluidNanofluid(2007)3：245-281)中所述，存在很多理由优选AC驱动方法。可以注意到，可以针对范围通常从几赫兹到几千赫兹的宽范围的AC驱动频率来致动和操纵液滴。US8173000(Hadwen等人，2012年5月8日发布)描述了具有阵列元件电路和AC驱动方法的AM-EWOD设备。US8653832(Hadwen等人，2014年2月18日发布)描述了如何可以将阻抗(电容)感测功能并入阵列元件中。阻抗传感器可以用于确定存在于阵列中的每个电极处的液体液滴的存在和大小。本文并入作为参考的英国申请GB1500260.3描述了一种一晶体管(1T)阵列元件电路和用于实现驱动的AC驱动方法的驱动方法。本文并入作为参考的英国申请GB1500261.1描述了一种二晶体管(2T)阵列元件电路和用于实现驱动的AC驱动方法的驱动方法。在本申请的图2中也示出了所公开的2T阵列元件致动电路。该英国申请还包括一个实施例，其示出了US8653832的阻抗(电容)感测功能可以如何与2T阵列元件致动电路组合。包括传感器功能的阵列元件电路在图3示出，并且包含总共5个晶体管、3个电容器和9个寻址线。寻址线DATA(数据)和ENABLE(使能)控制对动态RAM存储器电路的访问，动态RAM存储器电路包括它们所连接到的晶体管和电容器。对该电容器进行编程的电压进而控制输入信号ACTUATE(致动)是否连接直到阵列元件电极。输入信号SEN还可以用于在传感器正被操作时将元件电极与ACTUATE信号隔离。传感器功能由施加于端子RWS和RST的两个电压信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源矩阵介质上电润湿(AM‑EWOD)设备，包括：以行和列的阵列布置的多个阵列元件，所述阵列元件中的每一个包括阵列元件电路系统、元件电极和参考电极；其中，所述阵列元件电路系统包括：致动电路，被配置为将致动电压施加到所述元件电极和所述参考电极以用于致动所述阵列元件；以及阻抗传感器电路，被配置为感测阵列元件电极处的阻抗以确定所述阵列元件处的液滴性质，并且其中，所述阻抗传感器电路被配置为通过扰动施加到所述参考电极的电位来操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.15 US 14/854,6071.一种有源矩阵介质上电润湿(AM-EWOD)设备，包括：以行和列的阵列布置的多个阵列元件，所述阵列元件中的每一个包括阵列元件电路系统、元件电极和参考电极；其中，所述阵列元件电路系统包括：致动电路，被配置为将致动电压施加到所述元件电极和所述参考电极以用于致动所述阵列元件；以及阻抗传感器电路，被配置为感测阵列元件电极处的阻抗以确定所述阵列元件处的液滴性质，并且其中，所述阻抗传感器电路被配置为通过扰动施加到所述参考电极的电位来操作。2.根据权利要求1所述的AM-EWOD设备，还包括公共寻址线，由此，所述阻抗传感器电路被配置为通过在所述公共寻址线上提供电压信号来操作，以实现复位操作和用于选择所述阵列中要被感测的行的操作两者。3.根据权利要求2所述的AM-EWOD设备，其中，所述阻抗传感器电路被配置为通过扰动施加到所述参考电极的电位并扰动施加到所述公共寻址线的电位来操作。4.根据权利要求1至3中任一项所述的AM-EWOD设备，其中，所述公共寻址线对于所述阵列的同一行中的所有元件是公共的。5.根据权利要求1至4中任一项所述的AM-EWOD设备，其中，所述阻抗传感器电路还包括连接在所述元件电极和感测晶体管的栅极之间的电容器，并且所述阵列元件处的阻抗是基于跨所述电容器耦合的感测电压的变化来感测的。6.根据权利要求5所述的AM-EWOD设备，其中，所述阻抗传感器电路还包括用于设置所述感测晶体管的栅极处的电压的晶体管。7.根据权利要求6所述的AM-EWOD设备，其中，所述感测晶体管和用于设置所述感测晶体管的栅极处的电压的晶体管是n型晶体管。8.根据权利要求1至7中任一项所述的AM-EWOD设备，所述致动器电路包括：隔离元件，被配置为在所述阻抗传感器电路的操作期间将所述元件电极与所述致动电压隔离。9.根据权利要求8所述的AM-EWOD设备，还包括用于致动所述阻抗传感器电路的传感器输入线，其中，所述隔离元件包括所述致动电路和所述阻抗传感器电路之间的接收来自所述传感器输入线的输入的晶体管。10.根据权利要求8所述的AM-EWOD设备，其中，所述隔离元件包括隔离电容器，所述隔离电容器连接到行寻址线。11.根据权利要求1-6所述的AM-EWOD设备，还包括：用于致动所述阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明·詹姆斯·哈德文，
申请(专利权)人：夏普生命科学欧洲有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB