CN108855266B - 液滴移动装置、微流控系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液滴移动装置、微流控系统及其工作方法,其中,液滴移动装置,包括:公共电极和驱动电极,所述公共电极和所述驱动电极之间能够形成驱动待检测液滴移动的电场;驱动薄膜晶体管,所述驱动薄膜晶体管的源极与数据线连接,所述薄膜晶体管的漏极与所述驱动电极连接,所述驱动薄膜晶体管包括第一栅极和第二栅极,所述第一栅极和所述第二栅极分别连接不同的栅极扫描线。本发明提供的液滴移动装置、微流控系统及其工作方法,不仅具有驱动电极处于高电位便于液滴移动的效果,还降低了产品的制作难度。
Description
技术领域
本发明涉及微流控技术领域,尤其涉及一种液滴移动装置、微流控系统及其工作方法。
背景技术
微全分析系统(micro-Total Analysis Systems)目的是通过化学分析设备的微型化与集成化,最大限度地把分析实验室的功能转移到便携的分析设备中,甚至集成到方寸大小的芯片上。其中,用于控制实验中待检测液滴移动的微流控(Microfluidics)是微全分析系统的关键技术之一。
现有技术中,为了便于控制待检测液滴的移动,需要给入驱动电极较高的电位,而为了实现驱动电极的高电位,需要在薄膜晶体管(Thin Film Transistor,简称TFT)的栅极施加比源极更高的电压,但是栅极电压过高会造成电路板的热量升高,进而对产品的其他结构产生了耐热、散热等额外要求,增加了产品的制作难度。
发明内容
本发明实施例提供一种液滴移动装置、微流控系统及其工作方法,以解决栅极电压过高会造成电路板的热量升高,进而增加产品的制作难度的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供技术方案如下:
第一方面,本发明实施例提供一种液滴移动装置,包括:
公共电极和驱动电极,所述公共电极和所述驱动电极之间能够形成驱动待检测液滴移动的电场;
驱动薄膜晶体管,所述驱动薄膜晶体管的源极与数据线连接,所述薄膜晶体管的漏极与所述驱动电极连接,所述驱动薄膜晶体管包括第一栅极和第二栅极,所述第一栅极和所述第二栅极分别连接不同的栅极扫描线。
进一步地,所述第一栅极和所述第二栅极分别位于所述驱动薄膜晶体管的有源层的两侧。
进一步地,还包括位于所述公共电极和所述驱动电极之间且相对设置的第一疏水层和第二疏水层,所述待检测液滴位于所述第一疏水层和所述第二疏水层之间。
进一步地,还包括位于所述第一疏水层和所述第二疏水层之间的隔垫物,所述隔垫物的相对两面分别与所述第一疏水层和所述第二疏水层抵接。
第二方面,本发明实施例还提供一种微流控系统,包括如上所述的液滴移动装置。
进一步地,还包括光源和光学传感器,所述光源包括第一光源和第二光源,所述待检测液滴位于所述第一光源和所述第二光源之间,所述光学传感器用于检测光信号。
进一步地,还包括:
设置在所述第一光源与所述驱动薄膜晶体管的有源层之间的第一遮光件;
设置在所述第二光源与所述驱动薄膜晶体管的有源层之间的第二遮光件。
进一步地,所述第一遮光件复用所述第一栅极;
所述第二遮光件复用所述第二栅极。
第三方面,本发明实施例还提供一种微流控系统的工作方法,应用于上述的一种微流控系统,包括:
向所述第一栅极输入第一开启电压,所述第二栅极输入第二开启电压,以驱动所述待检测液滴移动,其中,所述第一开启电压与所述第二开启电压之间的电压差值大于所述数据线输出的电压值。
第四方面,一种微流控系统的工作方法,应用于上述的一种微流控系统,包括:
关闭所述第一光源、开启所述第二光源,根据所述光学传感器检测到的光信号确定所述待检测液滴的位置信息;和/或
开启所述第一光源、关闭所述第二光源,根据所述光学传感器检测到的光信号确定所述待检测液滴的浓度信息。
本发明提供的技术方案中,通过第一栅极和第二栅极分别连接不同的栅极扫描线,在第一栅极和第二栅极的电压值均不高的情况下在栅极内部形成高于源极电压的电压差,以使驱动TFT在源极电压较高而栅极电压较低的情况下导通,避免由于栅极电压过高电路板发热而增加产品制作难度的问题。因此,本发明提供的技术方案不仅具有驱动电极处于高电位便于液滴移动的效果,还降低了产品的制作难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的液滴移动装置中驱动TFT与驱动电极的连接示意图;
图2为本发明一实施例提供的液滴移动装置中驱动TFT与驱动电极的连接示意图;
图3为本发明一实施例提供的液滴移动装置中部分层结构示意图;
图4为本发明一实施例提供的微流控系统的结构示意图;
图5为本发明一实施例提供的微流控系统中单个区域的结构示意图;
图6为本发明一实施例提供的微流控系统的连接示意图;
图7为本发明一实施例提供的微流控系统中液滴对光信号的影响的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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例,都属于本发明保护的范围。
现有技术中的液滴移动装置,图1为现有技术的液滴移动装置中驱动TFT与驱动电极的连接示意图,为了便于液滴移动,对驱动电极输入较高的电压,而为了使驱动TFT导通需要在栅极输入比源极电位更高的电压,但是向栅极输入高压后,电路板的温度上升,对产品的其他结构产生了耐热、散热等额外要求,增加了产品的制作难度。
本发明的实施例针对上述问题,提供一种液滴移动装置、微流控系统及其工作方法,能够在保持驱动电极输入较高电压的同时防止电路板温度上升,降低产品的制作难度。
本发明实施例提供一种液滴移动装置,包括:
公共电极和驱动电极,所述公共电极和所述驱动电极之间能够形成驱动待检测液滴移动的电场;
驱动薄膜晶体管,所述驱动薄膜晶体管的源极与数据线连接,所述薄膜晶体管的漏极与所述驱动电极连接,所述驱动薄膜晶体管包括第一栅极和第二栅极,所述第一栅极和所述第二栅极分别连接不同的栅极扫描线。
本实施例中,通过第一栅极和第二栅极分别连接不同的栅极扫描线,在第一栅极和第二栅极的电压值均不高的情况下在栅极内部形成高于源极电压的电压差,从而在驱动电极处于高电位的情况下避免由于栅极电压过高所增加的产品制作难度的问题。因此,本发明提供的技术方案不仅具有驱动电极处于高电位便于液滴移动的效果,还降低了产品的制作难度。
上述驱动电极可以为多个,多个驱动电极可以阵列排布,其中,位于同一行的驱动电极经各自相连的驱动TFT与同一栅线连接,位于同一列的驱动电极经各自相连的驱动TFT与同一数据线连接。待检测液滴位于多个驱动电极所在的第一平面与公共电极所在的第二平面之间。其中,驱动电极的宽度可以根据待检测液滴的大小来确定。
在驱动电极接收电压后,液滴与驱动电极的接触角发生改变而产生移动,因此液滴能够跟随电场的驱动进行移动,能够通过控制驱动电极控制待检测液滴的移动方向和距离。
在栅极扫描时,两根不同的栅极扫描线输出的电压的压差大于源极电压的压差。在压差大于源极电压的情况下,两根栅极扫描线可以一根输出正向电压,一根输出反向电压,从而使电压较小,例如:栅极电压应当为80V,此时可以将一根栅极扫描线输出+40V,另一根扫描线输出-40V,从而在栅极内部形成80V的压差。
进一步地,所述第一栅极和所述第二栅极分别位于所述驱动薄膜晶体管的有源层的两侧。本实施例中,第一栅极可以为顶栅结构,第二栅极可以为底栅结构,如图2所示,通过两根栅极扫描线分别与顶栅结构和底栅结构连接,通过两根栅极扫描线分别输出第一开启电压和第二开启电压,使第一开启电压和第二开启电压之间的压差值大于源极电压,从而导通驱动TFT,使得较高电压的数据信号充入驱动电极。扫描过程中仅需同时控制两根栅极扫描线即可,驱动方式简单。
如图3所示,在驱动TFT所处位置的显示基板部分包括:衬底基板301、以及依次在衬底基板301上的第一金属层302、栅极绝缘层303、有源层304、源漏层305、绝缘层306和第二金属层307,所述第一金属层302、所述有源层304和所述第二金属层307在衬底基板301的正投影有重叠,所述源漏层305包括相互分离的第一部分3051和第二部分3052,所述第一部分3051与所述第二部分3052均与所述有源层304连接。
上述显示基板可以是柔性显示基板,也可以是刚性显示基板。在显示基板为柔性显示基板时,衬底基板采用柔性衬底基板,比如聚酰亚胺薄膜;在显示基板为刚性显示基板母板时,衬底基板采用刚性衬底基板,比如石英基板或玻璃基板。
第一金属层302和第二金属层307即相当于图3中与TFT连接的两根栅极扫描线,第一金属层302和第二金属层307在有源层304的两侧形成压差值大于源极电压的压差,从而通过有源层304使第一部分3051和第二部分3052导通。
进一步地,液滴移动装置还包括位于所述公共电极和所述驱动电极之间且相对设置的第一疏水层和第二疏水层,所述待检测液滴位于所述第一疏水层和所述第二疏水层之间。
待检测液滴设置于第一疏水层和第二疏水层之间,使得液滴移动受到的阻力较小,使得液滴更容易被电场驱动而移动。第一疏水层和第二疏水层可以分别设置于公共电极和驱动电极上。
进一步地,液滴移动装置还包括位于所述第一疏水层和所述第二疏水层之间的隔垫物,所述隔垫物的相对两面分别与所述第一疏水层和所述第二疏水层抵接。隔垫物设置于第一疏水层和第二疏水层之间,用于保持第一疏水层和第二疏水层之间间隔预定距离,使待检测液滴能够正常移动。
本发明实施例还提供一种微流控系统,包括如上所述的液滴移动装置。
该微流控系统同样具备上述液滴移动装置所具备的有益效果,在此不再赘述。
进一步地,微流控系统还包括光源和光学传感器,所述光源包括第一光源和第二光源,所述待检测液滴位于所述第一光源和所述第二光源之间,所述光学传感器用于检测光信号。
如图4所示,其中,图4中的传感器组件包括液滴移动装置和光学传感器,液滴移动装置和光学传感器均位于第一光源和第二光源之间,光学传感器用于检测驱动电极和公共电极之间的光信号,根据光的反射和折射位置确定待检测液滴的位置,通过光在液滴的透过率检测液滴的浓度、成分等参数。其中,光学传感器可以为光敏二极管。
为了实现小型化,液滴移动装置与光学传感器可以集成化。驱动电极和光学传感器分别采用两个独立的TFT进行控制。如图5所示,在栅线和数据线围成的一个区域内设有光学传感器、驱动电极(图5中的虚线框)、驱动TFT和检测TFT。光学传感器的一电极与检测TFT连接,光学传感器的另一电极与固定电压(-5V至1V)连接,由检测TFT控制光学传感器的开启或关闭。
在待检测液滴的位置移动结束后,如图6所示,光源发光后,每一行的栅线按照预定时序逐行开启扫描,数据线读取每一行光学传感器产生的光信号,从而确定液滴的位置、浓度、成分等参数。
具体的,如图7所示,图中圆圈为液滴所在区域,多个光学传感器阵列排布,液滴移动的某一位置时,液滴会遮挡一部分光线,导致光学传感器接收的信号发生区域性变化,如此即可侦测到液滴的大小和位置信息。而不同浓度遮挡的光强程度不同,导致区域的光信号量不同,从而确定待检测液体的浓度。
本实施例中,关闭上方的第一光源,开启下方的第二光源,第二光源整面给出相同光强的光线,光线在内部经过折射、反射,多个位置的光学传感器根据接收到的信号量从而确定待检测液滴的位置。开启上方的第一光源,关闭下方的第二光源,第一光源给入白光,经光导波方式在不同位置垂直射入不同波长的光,光学传感器根据不同波长的光在待检测液滴的透过率从而确定待检测液滴的浓度、成分等参数。
进一步地,设置在所述第一光源与所述驱动薄膜晶体管的有源层之间的第一遮光件;设置在所述第二光源与所述驱动薄膜晶体管的有源层之间的第二遮光件。
为了避免第一光源射出的光线和第二光源射出的光线影响驱动TFT的漏电流特性,在驱动TFT的有源层两侧(即沟道上方和沟道下方)分别设置第一遮光件和第二遮光件,确保驱动电极的正常驱动。
进一步地,所述第一遮光件复用所述第一栅极;所述第二遮光件复用所述第二栅极。第一栅极和第二栅极分别位于驱动TFT的有源层的两侧,第一栅极位于驱动TFT与第一光源之间,作为第一遮光件阻挡第一光源射在驱动TFT的有源层所在的区域的光线;第二栅极位于驱动TFT与第二光源之间,作为第二遮光件阻挡第二光源射在驱动TFT的有源层所在的区域的光线,从而避免光线影响驱动TFT的性能,确保驱动电极的正常驱动。
本发明实施例还提供一种微流控系统的工作方法,应用于如上所述的微流控系统,包括:
向所述第一栅极输入第一开启电压,所述第二栅极输入第二开启电压,以驱动所述待检测液滴移动,其中,所述第一开启电压与所述第二开启电压之间的电压差值大于所述数据线输出的电压值。
本实施例中,第一栅极和第二栅极分别连接不同的栅极扫描线,在第一栅极和第二栅极的电压值均不高的情况下在栅极内部形成高于源极电压的电压差,以使驱动TFT在源极电压较高而栅极电压较低的情况下导通,避免由于栅极电压过高电路板发热而增加产品制作难度的问题。
驱动TFT的漏极与驱动电极连接,驱动TFT的源极与数据线连接,驱动TFT的第一栅极和第二栅极分别与两根不同的栅极扫描线连接。同时向第一栅极输入第一开启电压,向第二栅极输入第二开启电压,从而导通驱动TFT源极与漏极之间的连接,数据信号充入驱动电极,从而驱动电极接收电压后,液滴与驱动电极的接触角发生改变而产生移动,因此液滴能够跟随电场的驱动进行移动,能够通过控制驱动电极控制待检测液滴的移动方向和距离。
进一步地,微流控系统包括光源和光学传感器,所述光源包括第一光源和第二光源,该微流控系统的工作方法还包括:
关闭所述第一光源、开启所述第二光源,根据所述光学传感器检测到的光信号确定所述待检测液滴的位置信息;和/或
开启所述第一光源、关闭所述第二光源,根据所述光学传感器检测到的光信号确定所述待检测液滴的浓度信息。
在待检测液滴的位置移动结束后,如图6所示,光源发光后,每一行的栅线按照预定时序逐行开启扫描,数据线读取每一行光学传感器产生的光信号,从而确定液滴的位置、浓度、成分等参数。
具体的,如图7所示,图中圆圈为液滴所在区域,多个光学传感器阵列排布,液滴移动的某一位置时,液滴会遮挡一部分光线,导致光学传感器接收的信号发生区域性变化,如此即可侦测到液滴的大小和位置信息。而不同浓度遮挡的光强程度不同,导致区域的光信号量不同,从而确定待检测液体的浓度。
本实施例中,关闭上方的第一光源,开启下方的第二光源,第二光源整面给出相同光强的光线,光线在内部经过折射、反射,多个位置的光学传感器根据接收到的信号量从而确定待检测液滴的位置。和/或,
开启上方的第一光源,关闭下方的第二光源,第一光源给入白光,经光导波方式在不同位置垂直射入不同波长的光,光学传感器根据不同波长的光在待检测液滴的透过率从而确定待检测液滴的浓度、成分等参数。
上述两个步骤可以分别独立进行,也可以在确定待检测液滴的位置后检测待检测液滴的浓度信息。
除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
可以理解,当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时,该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”,或者可以存在中间元件。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种液滴移动装置,其特征在于,包括:
公共电极和驱动电极,所述公共电极和所述驱动电极之间能够形成驱动待检测液滴移动的电场;
驱动薄膜晶体管,所述驱动薄膜晶体管的源极与数据线连接,所述薄膜晶体管的漏极与所述驱动电极连接,所述驱动薄膜晶体管包括第一栅极和第二栅极,所述第一栅极和所述第二栅极分别连接不同的栅极扫描线。
2.根据权利要求1所述的液滴移动装置,其特征在于,所述第一栅极和所述第二栅极分别位于所述驱动薄膜晶体管的有源层的两侧。
3.根据权利要求1所述的液滴移动装置,其特征在于,还包括位于所述公共电极和所述驱动电极之间且相对设置的第一疏水层和第二疏水层,所述待检测液滴位于所述第一疏水层和所述第二疏水层之间。
4.根据权利要求3所述的液滴移动装置,其特征在于,还包括位于所述第一疏水层和所述第二疏水层之间的隔垫物,所述隔垫物的相对两面分别与所述第一疏水层和所述第二疏水层抵接。
5.一种微流控系统,其特征在于,包括如权利要求1-4中任一项所述的液滴移动装置。
6.根据权利要求5所述的微流控系统,其特征在于,还包括光源和光学传感器,所述光源包括第一光源和第二光源,所述待检测液滴位于所述第一光源和所述第二光源之间,所述光学传感器用于检测光信号。
7.根据权利要求6所述的微流控系统,其特征在于,还包括:
设置在所述第一光源与所述驱动薄膜晶体管的有源层之间的第一遮光件;
设置在所述第二光源与所述驱动薄膜晶体管的有源层之间的第二遮光件。
8.根据权利要求7所述的微流控系统,其特征在于,所述第一遮光件复用所述第一栅极;
所述第二遮光件复用所述第二栅极。
9.一种微流控系统的工作方法,其特征在于,应用于如权利要求5所述的微流控系统,包括:
向所述第一栅极输入第一开启电压,所述第二栅极输入第二开启电压,以驱动所述待检测液滴移动,其中,所述第一开启电压与所述第二开启电压之间的电压差值大于所述数据线输出的电压值。
10.根据权利要求9所述的微流控系统的工作方法,其特征在于,应用于如权利要求6所述的微流控系统,包括:
关闭所述第一光源、开启所述第二光源,根据所述光学传感器检测到的光信号确定所述待检测液滴的位置信息;和/或
开启所述第一光源、关闭所述第二光源,根据所述光学传感器检测到的光信号确定所述待检测液滴的浓度信息。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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