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CN114798011A - 像素电路、微流控芯片及其使用方法 - Google Patents

像素电路、微流控芯片及其使用方法 Download PDF

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CN114798011A
CN114798011A CN202110086328.XA CN202110086328A CN114798011A CN 114798011 A CN114798011 A CN 114798011A CN 202110086328 A CN202110086328 A CN 202110086328A CN 114798011 A CN114798011 A CN 114798011A
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circuit
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CN202110086328.XA
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王东平
黄琪
靳凯
施苏宝
胡思怡
马汉彬
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Guangdong Aosu Liquid Core Micro Nano Technology Co ltd
Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
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Guangdong Aosu Liquid Core Micro Nano Technology Co ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本公开提供了一种像素电路，适用于采用主动式像素阵列的微流控芯片，包括：输入端，其被配置为向接收端输入电压；接收端，其与像素电极电连接并输出电压；控制端，其被配置为第一TFT开关，用于控制所述输入端与输出端的电连接。本公开能够对AM阵列的微流控芯片中的每个像素进行电阻抗检测，相对于传统PM芯片的阻抗检测，检测规模更大，更具有实用性；本公开通过对像素的电阻抗检测，能够区分出像素电极的液滴种类，进而实现了对微流控芯片中的液滴位置和移动状态的检测。

Description

像素电路、微流控芯片及其使用方法
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，具体而言，涉及一种像素电路、微流控芯片及其使用方法。
背景技术
目前微流控芯片中使用的电阻抗检测方法主要是针对被动式阵列的(PM，Positive Matrix)，PM中每个像素都有两个驱动信号直接与外部连接，电阻抗检测比较方便，但因为信号线数量较多，PM驱动阵列的规模有限，像素数量一般只有几十个。因此为了提高微流控芯片的阵列规模和集成度，会采用主动式阵列(AM，Active Matrix)，AM像素中有一个或多个TFT(thin film transistor)开关，控制像素电极与外部驱动信号的连接，驱动采用行列扫描的方式，同一行或同一列共用一条信号线，极大的减小了驱动阵列所需的信号线，因此AM阵列中的像素数量也可以轻易达到几百上千。但因为AM像素中的电极不直接与外围驱动电路连接，因此常规的电阻抗检测方法无法直接应用，因此现有电阻抗检测技术主要是基于PM阵列微流控芯片的，而PM阵列的规模有限，无法满足高通量大规模阵列的需求。
发明内容
因此，本发明的目的是针对上述问题，提供一种解决方法：基于AM阵列的微流控芯片设计了一种电阻抗检测方法，能够对阵列中的每个像素进行电阻抗检测，通过检测像素电容的差异，能够区分像素电极上的液滴种类，进而实现了AM阵列中微液滴的移动检测和位置检测。
根据本公开的第一方面，提供了一种像素电路，适用于采用主动式像素阵列的微流控芯片，包括：输入端，其被配置为向接收端输入电压；接收端，其与像素电极电连接并输出电压；控制端，其被配置为第一TFT开关，用于控制所述输入端与输出端的电连接。
在一些可能的实现方式中，还包括旁路电容，其被配置为接地。
在一些可能的实现方式中，还包括检测电路，该检测电路包括：第一端，其通过串联电容与像素电极连接；第二端，其通过电阻接地；第三端，其用于输出所述检测电路的检测信号；控制端，其被配置为第二TFT开关，用于控制所述检测信号的输出。通过将用于检测电阻抗的检测电路集成到像素电路中，实现了对Gate开启的这一行像素的电阻抗的检测，能够高效率的对阵列中多个像素同时检测。
根据本公开的第二方面，提供了一种像素电路，适用于采用主动式像素阵列的微流控芯片，包括输入端，其被配置为供电电压，用于向接收端输入电压；接收端，其与像素电极电连接并输出电压；控制端，其包括第一TFT开关和第二TFT开关，所述第一TFT开关用于控制所述第二TFT开关的开启或关闭，所述第二TFT开关用于控制所述输入端与接收端的电连接。
在一些可能的实现方式中，还包括旁路电容，其被配置为与所述供电电压连接。
在一些可能的实现方式中，还包括检测电路，该检测电路包括第一端，其通过串联电容与像素电极连接；第二端，其通过电阻接地；第三端，其用于输出所述检测电路的检测信号；控制端，其被配置为第三TFT开关，用于控制所述检测信号的输出。通过将用于检测电阻抗的检测电路集成到像素电路中，实现了对Gate开启的这一行像素的电阻抗的检测，能够高效率的对阵列中多个像素同时检测。
在一些可能的实现方式中，前述的像素电路的波形包括单脉冲方波、双脉冲方波、多脉冲方波、三角波或正弦波。
根据本公开的第三方面，提供了一种微流控芯片，包括：导电层，其被配置在盖板上，且被配置为具有检测电路，用于读取像素电路的输出信号；主动式像素阵列，其被配置在基板上，且被配置为具有本公开第一方面所涉及的像素电路。AM阵列(主动式阵列)的微流控芯片规模比较大，为了精确控制液滴移动需要对其进行位置检测，其中一种检测方法就是电阻抗测试。基板上的像素电极和盖板的导电层可以形成一个平板电容，平板电容两个电极板之间材料的介电常数可以影响电容值的大小，而微液滴和其周围介质的介电常数有明显差异，所以通过检测像素电极电容值的大小来确定像素电极上的液滴种类，即，所检测的像素电极上是否有微液滴，从而确定了微液滴的位置。
根据本公开的第四方面，提供了一种微流控芯片，包括：导电层，其被配置在盖板上；主动式像素阵列，其被配置在基板上，且被配置为具有本公开第二方面所涉及的像素电路。AM阵列(主动式阵列)的微流控芯片规模比较大，为了精确控制液滴移动需要对其进行位置检测，其中一种检测方法就是电阻抗测试。基板上的像素电极和盖板的导电层可以形成一个平板电容，平板电容两个电极板之间材料的介电常数可以影响电容值的大小，而微液滴和其周围介质的介电常数有明显差异，所以通过检测像素电极电容值的大小来确定像素电极上的液滴种类，即，所检测的像素电极上是否有微液滴，从而确定了微液滴的位置。
根据本公开的第五方面，提供了一种微液滴的定位方法，该方法为：提供前述的像素电路；向该像素电路施加电压并读取像素电极的电容值，电容值不同于其他像素电极的像素电极处即为微液滴所在的位置。
根据以上技术方案，可以看出本公开具有如下优势：
1.能够对AM阵列的微流控芯片中的每个像素进行电阻抗检测，相对于传统PM芯片的阻抗检测，检测规模更大，更具有实用性；
2.通过对像素的电阻抗检测，能够区分出像素电极的液滴种类，进而实现了对微流控芯片中的液滴位置和移动状态的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出本公开的一个实施例的微流控芯片的结构示意图；
图2示出本公开的一个实施例的检测电路的结构示意图；
图3示出本公开的一个实施例的像素电路的结构图；
图4示出本公开的另一个实施例的像素电路的结构图；
图5示出本公开的一个实施例的具有电阻抗检测功能的像素电路的结构图；
图6示出本公开的另一个实施例的具有电阻抗检测功能的像素电路的结构图；
图7示出本公开的一些实施例中驱动像素电路的信号波形图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本公开的一个实施例提供了一种像素电路，其包括：输入端，其被配置为向接收端输入电压；接收端，其与像素电极电连接并输出电压；控制端，其被配置为第一TFT开关，用于控制所述输入端与输出端的电连接。
在一些实施例中，还包括旁路电容，其被配置为接地。
在一些实施例中，还包括检测电路，其包括：第一端，其通过串联电容与像素电极连接；第二端，其通过电阻接地；第三端，其用于输出所述检测电路的检测信号；控制端，其被配置为第二TFT开关，用于控制所述检测信号的输出。通过将用于检测电阻抗的检测电路集成到像素电路中，实现了对Gate开启的这一行像素的电阻抗的检测，能够高效率的对阵列中多个像素同时检测。
本公开的另一个实施例提供了另一种像素电路，适用于采用主动式像素阵列的微流控芯片，其特征在于，包括：输入端，其被配置为供电电压，用于向接收端输入电压；接收端，其与像素电极电连接并输出电压；控制端，其包括第一TFT开关和第二TFT开关，所述第一TFT开关用于控制所述第二TFT开关的开启或关闭，所述第二TFT开关用于控制所述输入端与接收端的电连接；旁路电容，其被配置为与所述供电电压连接。
在一些实施例中，还包括旁路电容，其被配置为与所述供电电压连接。
在一些实施例中，还包括检测电路，该检测电路包括第一端，其通过串联电容与像素电极连接；第二端，其通过电阻接地；第三端，其用于输出所述检测电路的检测信号；控制端，其被配置为第三TFT开关，用于控制所述检测信号的输出。通过将用于检测电阻抗的检测电路集成到像素电路中，实现了对Gate开启的这一行像素的电阻抗的检测，能够高效率的对阵列中多个像素同时检测。
在一些实施例中，前述像素电路的波形包括单脉冲方波、双脉冲方波、多脉冲方波、三角波或正弦波。
本公开的一个实施例还提供了一种微流控芯片，包括：导电层，其被配置在盖板上，且被配置为具有检测电路，用于读取像素电路的输出信号；主动式像素阵列，其被配置在基板上，且被配置为前述未集成检测电路的像素电路。
公开的另一个实施例还提供了另一种微流控芯片，包括：导电层，其被配置在盖板上；主动式像素阵列，其被配置在基板上，且被配置为已集成前述检测电路的像素电路。
本公开的一个实施例还提供了一种微液滴的定位方法，该方法为：在使用前述实施例提供的像素电路时，先向像素电路中施加电压并读取像素电极的电容值，所述电容值不同于其他像素电极的像素电极处即为微液滴所在的位置。
根据以上技术方案，可以看出本公开具有如下优势：
1.能够对AM阵列的微流控芯片中的每个像素进行电阻抗检测，相对于传统PM芯片的阻抗检测，检测规模更大，更具有实用性；
2.通过对像素的电阻抗检测，能够区分出像素电极的液滴种类，进而实现了对微流控芯片中的液滴位置和移动状态的检测。
一种微流控芯片的结构如图1所示，包括盖板1，盖板1的材质为玻璃或亚克力材质。盖板1下表面配置有导电层2，该导电层2的材质可以为ITO(铟镓锌氧化物)或其它导电材料。导电层2上配置有检测电路，检测电路(图2)至少包括一组ADC(模数转换器)6与微分电路5连接组成的子电路，当导电层2上存在多组子电路时，子电路之间相互并联。
还包括基板4，其材质可以为玻璃材质。基板4上配置有像素电路3，像素电路3中多组像素电极并联，且同一行或同一列共用一条信号线与外部驱动信号的连接，采用行列扫描进行驱动。
一个实施例的像素电路3的结构如图3所示，输入端与Data连接以向像素电路3输入电压。接收端与主动式阵列3中的像素电极电连接，将Data的电压输出至像素电极。输入端与接收端之间的连接由TFT开关(TFT)控制，TFT开关的开闭状态由外部驱动信号Gate控制。像素电路3还配置有旁路电容Cst，其被配置为接地，用于吸收噪声。
另一实施例的像素电路3的结构如图4所示，由供电电压(VCC)向像素电路3输入电压。接收端将VCC的电压输出至像素电极。VCC与像素电极之间的连接由TFT2开关控制。而TFT2开关的开闭状态由第一TFT开关(TFT1)控制，TFT1开关与Data电连接且该连接的开闭由Gate信号控制。当Gate信号驱动TFT1开关开启时，第二TFT开关(TFT2)接收Data端的电压变为开启状态，当TFT2开关开启后，VCC与像素电极之间导通，像素电极接收VCC施加的电压。像素电路3中还配置有电容Cst，其被配置为与VCC连接，用于吸收VCC的噪声。
在另一实施例中，该实施例将用于电阻抗检测的检测电路集成到像素电路中。此时，包括配置于盖板1的导电层2上不再配置检测电路。基板4上配置的像素电极的驱动电路中加入检测电路。
一个实施例的像素电路3的结构如图5所示，输入端与Data连接以向像素电路3输入电压。接收端与主动式阵列3中的像素电极电连接，将Data的电压输出至像素电极。输入端与接收端之间的连接由第一TFT开关控制，第一TFT开关(TFT1)的开闭状态由外部驱动信号Gate控制。检测电路的第一端通过一串联电容与像素电极电连接，而第二端通过电阻接地，该电阻R和电容Cser组成了一个RC微分电路，微分电路的响应信号会通过RC之间的节点输出到第三端并被检测。微分电路的信号输出是由第二TFT开关(TFT2)控制的，并且第二TFT开关的开启或关闭也是由控制端的外部驱动信号Gate控制的。Gate高电平时控制其所在行的一行像素打开，然后Data信号就可以写入对应的列与Gate开启的行交叉点的像素。同时这一行像素的电阻抗信号也可以通过Out节点分别输出。进而实现了对Gate开启的这一行像素的电阻抗的同时检测。通过将用于检测电阻抗的检测电路集成到像素电路中，实现了对Gate开启的这一行像素的电阻抗的检测，能够高效率的对阵列中多个像素同时检测。
一个实施例的像素电路3的结构如图6所示，由供电电压(VCC)向像素电路3输入电压。接收端将VCC的电压输出至像素电极。VCC与像素电极之间的连接由第二TFT开关(TFT2)控制。而TFT2的开闭状态由第一TFT开关(TFT1)控制，TFT1与Data电连接且该连接的开闭由Gate信号控制。当Gate信号驱动TFT1开启时，TFT2接收Data端的电压变为开启状态，当TFT2开启后，VCC与像素电极之间导通，像素电极接收VCC施加的电压。检测电路的第一端通过一串联电容与像素电极电连接，而第二端通过电阻接地，该电阻R和电容Cser组成了一个RC微分电路，微分电路的响应信号会通过RC之间的节点输出到第三端并被检测。微分电路的信号输出是由第三TFT开关(TFT3)控制的，并且TFT2的开启或关闭也是由控制端的外部驱动信号Gate控制的。Gate高电平时控制其所在行的一行像素打开，然后Data信号就可以写入对应的列与Gate开启的行交叉点的像素。同时这一行像素的电阻抗信号也可以通过Out节点分别输出。进而实现了对Gate开启的这一行像素的电阻抗的同时检测。通过将用于检测电阻抗的检测电路集成到像素电路中，实现了对Gate开启的这一行像素的电阻抗的检测，能够高效率的对阵列中多个像素同时检测。
图7为一些实施例中，用于驱动微流控芯片的像素电路时可用的波形。其中，A是单脉冲方波，B是双脉冲或多脉冲方波，C是三角波，D是正弦波。向像素电路中输入不同的波形时，微分电路会得到不同的输出响应波形，因此，可以根据实际需要来选择驱动波形。其中，可选的波形包括但不局限于上述四种波形。
在一些实施例中，当需要对主动式像素阵列3中微液滴定位时，向主动式像素阵列3施加电压，主动式像素阵列3中的像素电极与盖板的导电层2之间形成电容。平板电容两个电极板之间材料的介电常数可以影响电容值的大小，而微液滴和其周围介质的介电常数有明显差异，因此微液滴所在的像素电极的电容值与其余像素电极不同，该电容值的差异会被导电层2的微分电路5捕捉并发出信号，因此可以用于确定像素电极上的液滴种类，即，所检测的像素电极上是否有微液滴，从而确定了微液滴的位置。
在另一些实施例中，当需要对主动式像素阵列3中微液滴定位时，向主动式像素阵列3施加电压，主动式像素阵列3中的像素电极与盖板的导电层2之间形成电容。平板电容两个电极板之间材料的介电常数可以影响电容值的大小，而微液滴和其周围介质的介电常数有明显差异，因此微液滴所在的像素电极的电容值与其余像素电极不同，该电容值的差异会被具有电阻抗检测功能的像素电路3捕捉并发出信号，因此可以用于确定像素电极上的液滴种类，即，所检测的像素电极上是否有微液滴，从而确定了微液滴的位置。
尽管已经通过优选实施例进一步详细说明和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下从其中得出其他变型。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.像素电路，适用于采用主动式像素阵列的微流控芯片，其特征在于，包括：
输入端，其被配置为向接收端输入电压；
接收端，其与像素电极电连接并输出电压；
控制端，其被配置为第一TFT开关，用于控制所述输入端与输出端的电连接。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，还包括旁路电容，其被配置为接地。
3.根据权利要求2所述的像素电路，其特征在于，还包括检测电路，该检测电路包括：
第一端，其通过串联电容与像素电极连接；
第二端，其通过电阻接地；
第三端，其用于输出所述检测电路的检测信号；
控制端，其被配置为第二TFT开关，用于控制所述检测信号的输出。
4.像素电路，适用于采用主动式像素阵列的微流控芯片，其特征在于，包括：
输入端，其被配置为供电电压，用于向接收端输入电压；
接收端，其与像素电极电连接并输出电压；
控制端，其包括第一TFT开关和第二TFT开关，所述第一TFT开关用于控制所述第二TFT开关的开启或关闭，所述第二TFT开关用于控制所述输入端与接收端的电连接。
5.根据权利要求4所述的像素电路，其特征在于，还包括旁路电容，其被配置为与所述供电电压连接。
6.根据权利要求5所述的像素电路，其特征在于，还包括检测电路，该检测电路包括：
第一端，其通过串联电容与像素电极连接；
第二端，其通过电阻接地；
第三端，其用于输出所述检测电路的检测信号；
控制端，其被配置为第三TFT开关，用于控制所述检测信号的输出。
7.根据权利要求1～6任一所述的像素电路，其特征在于，所述像素电路的波形包括单脉冲方波、双脉冲方波、多脉冲方波、三角波或正弦波。
8.微流控芯片，其特征在于，包括：
导电层，其被配置在盖板上，且被配置为具有检测电路，用于读取像素电路的输出信号；
主动式像素阵列，其被配置在基板上，且被配置为具有如权利要求1或2或4或5所述的像素电路。
9.微流控芯片，其特征在于，包括：
导电层，其被配置在盖板上；
主动式像素阵列，其被配置在基板上，且被配置为具有如权利要求3或6所述的像素电路。
10.微液滴的定位方法，其特征在于，该方法包括：
提供如权利要求1～6任一所述像素电路；
向所述像素电路施加电压并读取像素电极的电容值，所述电容值不同于其他像素电极的像素电极处即为微液滴所在的位置。
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Applicant after: Guangdong aosu liquid core micro nano technology Co.,Ltd.

Country or region after: China

Applicant after: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology Chinese Academy of Sciences

Address before: 528299 Guangdong Province, Nanhai District, Gucheng Street, Xia Nan Road No. 1, Foshan Tongchu Logistics Co., Ltd., self-compiled A2 Building 201-1 Room

Applicant before: Guangdong aosu liquid core micro nano technology Co.,Ltd.

Country or region before: China