TWI848463B - 生物醫學檢測面板 - Google Patents

Abstract

一種生物醫學檢測面板。生物醫學檢測面板包括多個檢測畫素。各個檢測畫素包括第一電晶體、穩壓區塊、檢測電極以及電壓選擇區塊。第一電晶體具有接收檢測驅動信號的第一端、接收開關信號的控制端、以及第二端。穩壓區塊耦接第一電晶體的第二端，以提供檢測控制信號。電壓選擇區塊耦接穩壓區塊及檢測電極，以接收檢測控制信號，並且接收直流準位及交流信號。電壓選擇區塊基於檢測控制信號選擇性將直流準位及交流信號的其中之一提供至檢測電極。

Description

生物醫學檢測面板

本發明是有關於一種面板，且特別是有關於一種生物醫學檢測面板。

介電濕潤（Electrowetting-on-dielectric，EWOD）是藉由改變施加於電極的電壓，來改變電極上的介電層表面的濕潤特性，進而使液珠移動與分離，進而抽取出奈升液珠，以便於在生醫檢測上的應用。介電濕潤的優點是：製造過程簡單、可控制定量的液珠、價格較低可取代微制動器與微混合器等。傳統畫素電路包含較多元件（例如薄膜電晶體（Thin-Film Transistor，TFT）、電容等），使得畫素的面積龐大，以致於無法滿足高解析度的需求。

本發明提供一種生物醫學檢測面板，可簡化檢測畫素中的元件及面板中的佈線，以滿足高解析度的需求。

本發明的生物醫學檢測面板，包括多個檢測畫素。各個檢測畫素包括第一電晶體、穩壓區塊、檢測電極以及電壓選擇區塊。第一電晶體具有接收檢測驅動信號的第一端、接收開關信號的控制端、以及第二端。穩壓區塊耦接第一電晶體的第二端，以提供檢測控制信號。電壓選擇區塊耦接穩壓區塊及檢測電極，以接收檢測控制信號，並且接收直流準位及交流信號。電壓選擇區塊基於檢測控制信號選擇性將直流準位及交流信號的其中之一提供至檢測電極。

基於上述，本發明實施例的生物醫學檢測面板中，生物醫學檢測面板可以只配置檢測畫素、檢測驅動線、開關信號線、交流信號線及接地線，並且各個檢測畫素可由第一電晶體、穩壓區塊、檢測電極以及電壓選擇區塊所構成。藉此，各個檢測畫素的面積可縮小且信號線的數量可降低，以提高檢測畫素的分佈密度，進而可滿足高解析度的需求。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

除非另有定義，本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。將進一步理解的是，諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的含義，並且將不被解釋為理想化的或過度正式的意義，除非本文中明確地這樣定義。

應當理解，儘管術語”第一”、”第二”、”第三”等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域、層及/或部分，但是這些元件、部件、區域、及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅用於將一個元件、部件、區域、層或部分與另一個元件、部件、區域、層或部分區分開。因此，下面討論的”第一元件”、”部件”、”區域”、”層”或”部分”可以被稱為第二元件、部件、區域、層或部分而不脫離本文的教導。

這裡使用的術語僅僅是為了描述特定實施例的目的，而不是限制性的。如本文所使用的，除非內容清楚地指示，否則單數形式”一”、”一個”和”該”旨在包括複數形式，包括”至少一個”。”或”表示”及/或”。如本文所使用的，術語”及/或”包括一個或多個相關所列項目的任何和所有組合。還應當理解，當在本說明書中使用時，術語”包括”及/或”包括”指定所述特徵、區域、整體、步驟、操作、元件的存在及/或部件，但不排除一個或多個其它特徵、區域整體、步驟、操作、元件、部件及/或其組合的存在或添加。

圖1為依據本發明一實施例的生物醫學檢測面板的系統方塊圖。請參照圖1，在本實施例中，生物醫學檢測面板100例如是介電濕潤面板，並且例如包括多個檢測畫素110，其中檢測畫素110可以陣列排列或以特定幾何形狀（例如五角形、六角形）排列，但本發明實施例不以此為限。

並且，生物醫學檢測面板100可更包括多個檢測驅動線SL、多個開關信號線GL、以及多個交流信號線ACL。其中，檢測驅動線SL耦接至檢測畫素110，用以將檢測驅動信號SLS自外部電路（例如控制電路）傳送至檢測畫素110。開關信號線GL耦接至檢測畫素110，用以將開關信號SLG自外部電路（例如控制電路）傳送至檢測畫素110。交流信號線ACL耦接至檢測畫素110，用以將交流信號ACT自外部電路（例如控制電路）傳送至檢測畫素110。並且，雖然未繪示，生物醫學檢測面板100中可配置電源線及接地線，以傳送電壓電壓及/或接地電壓至檢測畫素110。

在本實施例中，各個檢測畫素110包括第一電晶體T1、穩壓區塊111、檢測電極EL1以及電壓選擇區塊BSL。第一電晶體T1具有接收檢測驅動信號SLS的第一端、接收開關信號SLG的控制端、以及第二端。穩壓區塊111耦接第一電晶體T1的第二端，以提供檢測控制信號VCS。電壓選擇區塊BSL耦接穩壓區塊111及檢測電極EL1，以接收檢測控制信號VCS，並且接收直流準位及交流信號ACT。電壓選擇區塊BSL基於檢測控制信號VCS選擇性將直流準位及交流信號ACT的其中之一提供至檢測電極EL1。

在本發明實施例中，生物醫學檢測面板100可以只配置檢測畫素110、檢測驅動線SL、開關信號線GL、交流信號線ACL以及接地線（未繪示），並且各個檢測畫素110可由第一電晶體T1、穩壓區塊111、檢測電極EL1以及電壓選擇區塊BSL所構成。藉此，各個檢測畫素110的面積可縮小且信號線的數量可降低，以提高檢測畫素110的分佈密度，進而可滿足高解析度的需求。

在本實施例中，電壓選擇區塊BSL包括第二電晶體T2及第三電晶體T3，其中第二電晶體T2以P型電晶體為例，並且第三電晶體T3以N型電晶體為例。第二電晶體T2具有接收交流信號ACT的第一端、接收檢測控制信號VCS的控制端、以及耦接檢測電極EL1的第二端。第三電晶體T3具有耦接檢測電極EL1的第一端、接收檢測控制信號VCS的的控制端、以及接收直流準位（在此以接地電壓為例）的第二端。

在本發明實施例中，交流信號ACT的頻率可以介於10千赫（kHz）至1兆赫（MHz）之間。並且，交流信號ACT的頻率越高表示生物醫學檢測面板100的檢測速度越快，但此依據檢測的環境及進行檢測的目標物而定，本發明實施例不以此為限。

圖2A為依據本發明一實施例的檢測畫素的電路示意圖。請參照圖1及圖2A，在本實施例中，檢測畫素110a大致相同於檢測畫素110，其不同之處在於穩壓區塊111a包括第一電容Ccp，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。在本實施例中，第一電容Ccp耦接於交流信號ACT的反相信號ACTB與第一電晶體T1的第二端之間，以對第一電晶體T1的第二端的電壓進行穩壓之後提供穩壓後的結果作為檢測控制信號VCS。

在本發明實施例中，穩壓區塊111a可以只包括第一電容Ccp，但本發明實施例不以此為限。

圖2B為依據本發明一實施例的檢測畫素的驅動波形示意圖。請參照請參照圖1、圖2A及圖2B，在本實施例中，示出三個畫面期間FRn~FRn+2作為範例來說明，其中n為引導數。在畫面期間FRn中，檢測畫素110a是以交流驅動（亦即交流驅動期間），亦即當開關信號SLG為閘極高電壓VGH時，為接地電壓（亦即0伏）的檢測驅動信號SLS會自第一電晶體T1的第二端輸出，以形成檢測控制信號VCS。接著，0伏的檢測驅動信號SLS會導通第二電晶體T2，並且關閉第三電晶體T3，以致於交流信號ACT會傳送至檢測電極EL1。藉此，電壓選擇區塊BSL基於檢測控制信號VCS將交流信號ACT提供至檢測電極EL1，亦即檢測電極EL1上的電壓V _EL1為交流信號，以形成以交流驅動的檢測畫素110a。

在畫面期間FRn+1中，檢測畫素110a是以直流驅動（亦即直流驅動期間），亦即當開關信號SLG為閘極高電壓VGH時，為面板高電壓VCCP的檢測驅動信號SLS會自第一電晶體T1的第二端輸出，以形成檢測控制信號VCS。接著，面板高電壓VCCP的高壓會導通第三電晶體T3，並且關閉第二電晶體T2，以致於接地電壓會傳送至檢測電極EL1。藉此，電壓選擇區塊BSL基於檢測控制信號VCS將接地電壓（亦即直流準位）提供至檢測電極EL1，亦即檢測電極EL1上的電壓V _EL1為直流準位，以形成以直流驅動的檢測畫素110a。

在畫面期間FRn+2中，檢測畫素110a是以交流驅動，因此可參照畫面期間FRn的說明，在此則不再贅述。

在本實施例中，檢測控制信號VCS在直流驅動期間中的波形反相於檢測控制信號VCS在交流驅動期間中的波形。進一步來說，檢測控制信號VCS在直流驅動期間（例如畫面期間FRn+1）中為面板高電壓VCCP，但在交流驅動期間（例如畫面期間FRn或FRn+2）中，檢測控制信號VCS為接地電壓（亦即0伏）。

在本實施例中，檢測驅動信號SLS於面板高電壓VCCP與接地電壓（亦即0伏）之間切換，並且開關信號SLG於閘極高電壓VGH與閘極低電壓VGL之間切換，其中面板高電壓VCCP可以低於閘極高電壓VGH。

在本實施例中，直流驅動期間接續的數量與交流驅動期間接續的數量的比例為1：1，亦即一個直流驅動期間接一個交流驅動期間。但在本發明實施例中，直流驅動期間接續的數量與交流驅動期間接續的數量的比例為x：y，其中x及y分別為大於等於1的正整數（例如1：3或2：4），此依據檢測環境及進行檢測的目標物而定，本發明實施例不以此為限。

圖3A為依據本發明一實施例的檢測畫素的電路示意圖。請參照圖1及圖3A，在本實施例中，檢測畫素110b大致相同於檢測畫素110，其不同之處在於穩壓區塊111b包括反相器INV1，並且電壓選擇區塊BSLb更包括第四電晶體T4，其中第四電晶體T4以N型電晶體為例，並且相同或相似元件使用相同或相似標號。在本實施例中，反相器INV1具有耦接第一電晶體T1的第二端的輸入端、接收系統電壓VCC的正電源端、接收接地電壓的負電源端、以及提供檢測控制信號VCS的輸出端，並且第四電晶體T4具有接收交流信號ACT的第一端、耦接第一電晶體T1的第二端的控制端、以及耦接檢測電極EL1的第二端。

在本發明實施例中，穩壓區塊111b可以只包括反相器INV1但本發明實施例不以此為限。此時，檢測畫素110b中未配置任何電容，因此可大幅降低檢測畫素110b的面積，以利於提高檢測畫素110b的分佈密度。

圖3B為依據本發明一實施例的檢測畫素的驅動波形示意圖。請參照請參照圖1、圖3A及圖3B，在本實施例中，示出三個畫面期間FRm~FRm+2作為範例來說明，其中m為引導數。在畫面期間FRm中，檢測畫素110b是以交流驅動（亦即交流驅動期間），亦即當開關信號SLG為閘極高電壓VGH時，為面板高電壓VCCP的檢測驅動信號SLS會自第一電晶體T1的第二端輸出，而反相器INV1會提供為接地電壓（亦即0伏）的檢測控制信號VCS。接著，第一電晶體T1的第二端會輸出面板高電壓VCCP，以導通第四電晶體T4，0伏的檢測控制信號VCS會導通第二電晶體T2並且關閉第三電晶體T3，以致於交流信號ACT會傳送至檢測電極EL1，其中第二電晶體T2及第四電晶體T4的作用如同一個傳輸閘。藉此，電壓選擇區塊BSL基於檢測控制信號VCS將交流信號ACT提供至檢測電極EL1，亦即檢測電極EL1上的電壓V _EL1為交流信號，以形成以交流驅動的檢測畫素110b。

在畫面期間FRm+1中，檢測畫素110b是以直流驅動（亦即直流驅動期間），亦即當開關信號SLG為閘極高電壓VGH時，為0伏的檢測驅動信號SLS會自第一電晶體T1的第二端輸出，而反相器INV1會提供為面板高電壓VCCP的檢測控制信號VCS。接著，為面板高電壓VCCP的檢測控制信號VCS會導通第三電晶體T3且關閉第二電晶體T2，同時第四電晶體T4會受控於第一電晶體T1的第二端所輸出的0伏而截止，以致於接地電壓會傳送至檢測電極EL1。藉此，電壓選擇區塊BSL基於檢測控制信號VCS將接地電壓（亦即直流準位）提供至檢測電極EL1，亦即檢測電極EL1上的電壓V _EL1為直流準位，以形成以直流驅動的檢測畫素110b。

在畫面期間FRm+2中，檢測畫素110b是以交流驅動，因此可參照畫面期間FRm的說明，在此則不再贅述。並且，在本實施例中，系統電壓VCC可以為為面板高電壓VCCP，但本發明實施例不以此為限。

綜上所述，本發明實施例的生物醫學檢測面板中，生物醫學檢測面板可以只配置檢測畫素、檢測驅動線、開關信號線、交流信號線及接地線，並且各個檢測畫素可由第一電晶體、穩壓區塊、檢測電極以及電壓選擇區塊所構成。藉此，各個檢測畫素的面積可縮小且信號線的數量可降低，以提高檢測畫素的分佈密度，進而可滿足高解析度的需求。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100：生物醫學檢測面板 110、110a、110b：檢測畫素 111、111a、111b：穩壓區塊 ACL：交流信號線 ACT：交流信號 ACTB：反相信號 BSL、BSLb：電壓選擇區塊 Ccp：第一電容 EL1：檢測電極 FRn~FRn+2、FRm~FRm+2：畫面期間 GL：開關信號線 INV1：反相器 SL：檢測驅動線 SLG：開關信號 SLS：檢測驅動信號 T1：第一電晶體 T2：第二電晶體 T3：第三電晶體 T4：第四電晶體 VCCP：面板高電壓 VCS：檢測控制信號 V _EL1：電壓 VGH：閘極高電壓 VGL：閘極低電壓

圖1為依據本發明一實施例的生物醫學檢測面板的系統方塊圖。 圖2A為依據本發明一實施例的檢測畫素的電路示意圖。 圖2B為依據本發明一實施例的檢測畫素的驅動波形示意圖。 圖3A為依據本發明一實施例的檢測畫素的電路示意圖。 圖3B為依據本發明一實施例的檢測畫素的驅動波形示意圖。

100：生物醫學檢測面板 110：檢測畫素 111：穩壓區塊 ACL：交流信號線 ACT：交流信號 BSL：電壓選擇區塊 EL1：檢測電極 GL：開關信號線 SL：檢測驅動線 SLG：開關信號 SLS：檢測驅動信號 T1：第一電晶體 T2：第二電晶體 T3：第三電晶體 VCS：檢測控制信號

Claims (11)

1. 一種生物醫學檢測面板，包括： 多個檢測畫素，各該些檢測畫素包括： 一第一電晶體，具有接收一檢測驅動信號的一第一端、接收一開關信號的一控制端、以及一第二端； 一穩壓區塊，耦接該第一電晶體的該第二端，以提供一檢測控制信號； 一檢測電極；以及 一電壓選擇區塊，耦接該穩壓區塊及該檢測電極，以接收該檢測控制信號，並且接收一直流準位及一交流信號，其中該電壓選擇區塊基於該檢測控制信號選擇性將該直流準位及該交流信號的其中之一提供至該檢測電極。
2. 如請求項1所述的生物醫學檢測面板，其中該電壓選擇區塊包括： 一第二電晶體，具有接收該交流信號的一第一端、接收該檢測控制信號的一控制端、以及耦接該檢測電極的一第二端；以及 一第三電晶體，具有耦接該檢測電極的一第一端、接收該檢測控制信號的的一控制端、以及接收該直流準位的一第二端。
3. 如請求項2所述的生物醫學檢測面板，其中該電壓選擇區塊更包括： 一第四電晶體，具有接收該交流信號的一第一端、耦接該第一電晶體的該第二端的一控制端、以及耦接該檢測電極的一第二端。
4. 如請求項1所述的生物醫學檢測面板，其中該穩壓區塊包括： 一第一電容，耦接於該交流信號的一反相信號與該第一電晶體的該第二端之間，以提供該檢測控制信號。
5. 如請求項1所述的生物醫學檢測面板，其中該穩壓區塊包括： 一反相器，具有耦接該第一電晶體的該第二端的一輸入端、以及提供該檢測控制信號的一輸出端。
6. 如請求項1所述的生物醫學檢測面板，其中該交流信號的頻率介於10千赫（kHz）至1兆赫（MHz）之間。
7. 如請求項1所述的生物醫學檢測面板，其中該檢測驅動信號於一面板高電壓與一接地電壓之間切換，並且該開關信號於一閘極高電壓與一閘極低電壓之間切換，其中該面板高電壓低於該閘極高電壓。
8. 如請求項1所述的生物醫學檢測面板，其中該直流準位為一接地電壓。
9. 如請求項1所述的生物醫學檢測面板，其中在一直流驅動期間，該電壓選擇區塊基於該檢測控制信號將該直流準位提供至該檢測電極，並且在一交流驅動期間，該電壓選擇區塊基於該檢測控制信號將該交流信號提供至該檢測電極。
10. 如請求項9所述的生物醫學檢測面板，其中該直流驅動期間接續的數量與該交流驅動期間接續的數量的比例為x：y，其中x及y分別為大於等於1的正整數。
11. 如請求項9所述的生物醫學檢測面板，其中該檢測控制信號在該直流驅動期間中的波形反相於該檢測控制信號在該交流驅動期間中的波形。

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